JP2009299970A - Refrigerating cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膨張弁と内部熱交換器とを備える冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus including an expansion valve and an internal heat exchanger.
従来、この種の冷凍サイクル装置が特許文献1に記載されている。この従来技術では、膨脹弁にて減圧される前の高圧冷媒と圧縮機に吸引される低圧冷媒とを内部熱交換器(二重管)で熱交換させている。 Conventionally, this type of refrigeration cycle apparatus is described in Patent Document 1. In this prior art, heat is exchanged between the high-pressure refrigerant before being decompressed by the expansion valve and the low-pressure refrigerant sucked into the compressor by an internal heat exchanger (double pipe).
これにより、膨脹弁にて減圧される前の高圧冷媒が冷却され、蒸発器入口側冷媒のエンタルピが小さくなるので、蒸発器の出入口間のエンタルピ差が拡大して、蒸発器にて発揮できる冷凍能力を増大させることができ、ひいては冷房性能を向上させることができる。 As a result, the high-pressure refrigerant before being depressurized by the expansion valve is cooled, and the enthalpy of the refrigerant at the inlet side of the evaporator is reduced. The capacity can be increased, and as a result, the cooling performance can be improved.
また、この従来技術では、冷媒としてR134aを使用し、膨脹弁として、蒸発器出口側の冷媒温度と冷媒圧力とに基づいて弁開度を調整する温度式膨張弁を使用している。そして、図5(a)に示すように、膨脹弁の制御特性線(実線)を冷媒の飽和線(破線)に極力近づけることによって、蒸発器出口冷媒がほとんど過熱度を持たないようにしている。これにより、圧縮機の吐出冷媒温度の上昇が抑制されるので、圧縮機吐出側の各種樹脂部品や圧縮機内のシール材等が高温劣化することを抑制でき、ひいては圧縮機等の高圧側部品を保護することができる。
ところで、上記従来技術では、膨脹弁の制御特性線を冷媒の飽和線に極力近づけて蒸発器出口冷媒がほとんど過熱度を持たないようにしているので、蒸発器で冷媒が全て蒸発せず、蒸発器から液相冷媒が流出するという現象(液バック)が起こりやすい。その結果、蒸発器出口冷媒圧力が変動するという現象(ハンチング)が起こりやすいという問題がある。 By the way, in the above prior art, the control characteristic line of the expansion valve is made as close as possible to the saturation line of the refrigerant so that the evaporator outlet refrigerant has almost no superheat. Phenomenon (liquid back) that liquid phase refrigerant flows out of the vessel is likely to occur. As a result, there is a problem that a phenomenon (hunting) in which the evaporator outlet refrigerant pressure fluctuates easily occurs.
このことを詳しく説明する。まず、液バックが起こると、液バックが起こらない場合、つまり蒸発器から気相冷媒のみが流出する場合に比べて蒸発器の内部圧損が減少して蒸発器出口冷媒圧力が上昇する。 This will be described in detail. First, when the liquid back occurs, the internal pressure loss of the evaporator decreases and the evaporator outlet refrigerant pressure rises as compared with the case where the liquid back does not occur, that is, when only the gas-phase refrigerant flows out of the evaporator.
すると、膨張弁は蒸発器出口冷媒圧力を低下させるように弁開度を絞るので、冷媒流量が減少する。冷媒流量が減少すると、蒸発器で冷媒が全て蒸発して蒸発器出口冷媒が過熱度を持つ状態(スーパーヒート)になるので、液バックが解消される。 Then, since the expansion valve restricts the valve opening so as to reduce the evaporator outlet refrigerant pressure, the refrigerant flow rate decreases. When the refrigerant flow rate decreases, all of the refrigerant evaporates in the evaporator and the evaporator outlet refrigerant has a superheat degree (superheat), so the liquid back is eliminated.
しかしながら、液バックが解消されると、蒸発器の内部圧損が増加して蒸発器出口冷媒圧力が低下するので、膨張弁は蒸発器出口冷媒圧力を上昇させるように弁開度を大きくする。すると、冷媒流量が増加するので再び液バックが起こる。このように、液バックとスーパーヒートとが交互に繰り返し起こることによってハンチングが起こるのである。 However, when the liquid back is eliminated, the internal pressure loss of the evaporator increases and the evaporator outlet refrigerant pressure decreases, so the expansion valve increases the valve opening so as to increase the evaporator outlet refrigerant pressure. Then, since the refrigerant flow rate increases, liquid back occurs again. In this way, hunting occurs when the liquid bag and the superheat are alternately repeated.
なお、冷媒側負荷Qreが空気側負荷Qaeよりも大きくなると(Qae<Qre)、液バックの状態が維持されるのでハンチングが起こらなくなる。しかしながら、液バックの状態が維持されると、圧縮機が液相冷媒を吸入することとなるので、圧縮機の駆動動力が増加してしまうという問題がある。 If the refrigerant side load Qre is larger than the air side load Qae (Qae <Qre), the liquid back state is maintained, so that hunting does not occur. However, if the liquid back state is maintained, the compressor sucks the liquid-phase refrigerant, which causes a problem that the driving power of the compressor increases.
また、液バックの状態が維持されると、図5(b)のp−h線図に示すように、内部熱交換器にて蒸発器入口側冷媒のエンタルピを小さくした分だけ蒸発器出口側冷媒が乾き度を持って蒸発器出口側冷媒のエンタルピが小さくなるので、内部熱交換器による冷凍能力増大効果(冷房性能向上効果)が得られなくなってしまうという問題がある。 Further, when the liquid back state is maintained, as shown in the ph diagram of FIG. 5B, the evaporator outlet side is reduced by the amount of enthalpy of the refrigerant at the inlet side of the evaporator in the internal heat exchanger. Since the refrigerant has a dryness and the enthalpy of the evaporator outlet side refrigerant becomes small, there is a problem that the effect of increasing the refrigerating capacity (the effect of improving the cooling performance) by the internal heat exchanger cannot be obtained.
本発明は上記点に鑑みて、圧縮機の吐出冷媒温度の上昇を抑制して圧縮機等の高圧側部品を保護しつつ、液バックを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to suppress a liquid back while protecting a high-pressure side component such as a compressor by suppressing an increase in the refrigerant temperature discharged from the compressor.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機(1)と、
高圧冷媒の熱を放冷する放熱器(2)と、
電気的に弁開度が調整され、放熱器(2)にて冷却された冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁(5)と、
膨脹弁(5)に減圧された冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器(6)と、
膨脹弁(5)にて減圧される前の高圧冷媒と圧縮機(1)に吸引される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(7)と、
膨脹弁(5)の弁開度を制御する制御手段(10)とを備え、
制御手段(10)は、蒸発器(6)の出口冷媒温度が第1所定温度以上のときには蒸発器(6)の出口側冷媒の過熱度を所定量以下に抑える第1制御特性で弁開度を制御し、前記出口冷媒温度が第1所定温度未満のときには前記過熱度を第1制御特性よりも大きくする第2制御特性で前記弁開度を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, a compressor (1) for sucking and compressing refrigerant,
A radiator (2) for cooling the heat of the high-pressure refrigerant;
An expansion valve (5) for adjusting the valve opening electrically and decompressing and expanding the refrigerant cooled by the radiator (2);
An evaporator (6) for absorbing heat by evaporating the decompressed refrigerant on the expansion valve (5);
An internal heat exchanger (7) for exchanging heat between the high-pressure refrigerant before being depressurized by the expansion valve (5) and the low-pressure refrigerant sucked by the compressor (1);
Control means (10) for controlling the valve opening of the expansion valve (5),
When the outlet refrigerant temperature of the evaporator (6) is equal to or higher than a first predetermined temperature, the control means (10) opens the valve with a first control characteristic that suppresses the degree of superheat of the outlet side refrigerant of the evaporator (6) to a predetermined amount or less. And when the outlet refrigerant temperature is lower than a first predetermined temperature, the valve opening degree is controlled with a second control characteristic that makes the degree of superheat greater than the first control characteristic.
これによると、蒸発器(6)の出口冷媒温度が第1所定温度以上のときには、第1制御特性によって蒸発器(6)の出口側冷媒の過熱度が所定量以下に抑えられるので、圧縮機(1)吐出冷媒温度の上昇を抑制することができる。その結果、圧縮機(1)等の高圧側部品を保護することができる。 According to this, when the outlet refrigerant temperature of the evaporator (6) is equal to or higher than the first predetermined temperature, the superheat degree of the outlet side refrigerant of the evaporator (6) is suppressed to a predetermined amount or less by the first control characteristic. (1) An increase in discharge refrigerant temperature can be suppressed. As a result, high pressure side components such as the compressor (1) can be protected.
しかも、蒸発器(6)の出口冷媒温度が第1所定温度未満のときには、第2制御特性によって蒸発器(6)の出口側冷媒の過熱度が第1制御特性よりも大きくなるので、液バックを抑制することができる。 In addition, when the outlet refrigerant temperature of the evaporator (6) is lower than the first predetermined temperature, the degree of superheat of the outlet side refrigerant of the evaporator (6) is greater than the first control characteristic due to the second control characteristic. Can be suppressed.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の冷凍サイクル装置において、第1制御特性は、冷媒の飽和線と平行な特性線で示され、
第2制御特性は、第1制御特性よりも冷媒の飽和線から離れた特性線で示され、
第2制御特性を示す特性線が第1制御特性を示す特性線に対して折れ曲がっていることを特徴とする。
In the invention according to
The second control characteristic is indicated by a characteristic line farther from the refrigerant saturation line than the first control characteristic.
The characteristic line indicating the second control characteristic is bent with respect to the characteristic line indicating the first control characteristic.
これにより、圧縮機(1)の吐出冷媒温度の上昇を効果的に抑制しつつ、液バックを効果的に抑制することができる。 Thereby, a liquid back | bag can be suppressed effectively, suppressing the raise of the discharge refrigerant | coolant temperature of a compressor (1) effectively.
なお、本発明における「冷媒の飽和線と平行な特性線」とは、冷媒の飽和線と厳密に平行な特性線のみを意味するものではなく、冷媒の飽和線と略平行な特性線をも含む意味のものである。 The “characteristic line parallel to the refrigerant saturation line” in the present invention does not mean only a characteristic line strictly parallel to the refrigerant saturation line, but also a characteristic line substantially parallel to the refrigerant saturation line. It is meant to include.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
本実施形態は、本発明の冷凍サイクル装置を車両用空調装置に適用したものであって、図1は車両用空調装置の全体構成図であり、図2は冷凍サイクル装置のp−h線図である。 In this embodiment, the refrigeration cycle apparatus of the present invention is applied to a vehicle air conditioner. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the vehicle air conditioner, and FIG. 2 is a ph diagram of the refrigeration cycle apparatus. It is.
冷媒(本例では、R134a)を吸入圧縮する圧縮機1は、図示しない電磁クラッチ、ベルト等を介して図示しない車両走行用エンジンにより回転駆動される。本例では、この圧縮機1として、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機を使用している。 The compressor 1 that sucks and compresses refrigerant (R134a in this example) is driven to rotate by a vehicle travel engine (not shown) via an electromagnetic clutch, a belt, and the like (not shown). In this example, a variable capacity compressor capable of adjusting the refrigerant discharge capacity by changing the discharge capacity is used as the compressor 1.
圧縮機1として、電磁クラッチの断続により圧縮機作動の稼動率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機、または電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整する電動圧縮機を使用してもよい。 As the compressor 1, a fixed capacity type compressor that adjusts the refrigerant discharge capacity by changing the operating rate of the compressor operation by switching the electromagnetic clutch, or an electric compressor that adjusts the refrigerant discharge capacity by adjusting the rotation speed of the electric motor. May be used.
放熱器2は圧縮機1から吐出された高圧冷媒と電動送風機2aから送風された室外空気とを熱交換して高圧冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。本例では、高圧冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力未満としているので、放熱器2にて冷媒は、気相冷媒から液相冷媒に相変化しながらそのエンタルピを低下させる。
The
レシーバ3は放熱器2から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄える気液分離器であり、過冷却器4はレシーバ3から供給された液相冷媒を更に冷却して冷媒の過冷却度を高めるサブクーラである。
The receiver 3 is a gas-liquid separator that separates the refrigerant flowing out of the
高圧冷媒を減圧する減圧手段をなす膨脹弁5は、電気的に弁開度が調整される電気式膨張弁である。本例では、膨張弁5として、絞り通路の開度を調整する弁体の位置を、電磁コイルが発生する電磁吸引力によって変位させるソレノイド型電気式膨張弁を使用している。膨張弁5として、ステッピングモータからなる電気アクチュエータによって弁体の位置を変位させるアクチュエータ型電気式膨張弁を使用してもよい。 The expansion valve 5 serving as a decompression unit for decompressing the high-pressure refrigerant is an electric expansion valve whose valve opening degree is electrically adjusted. In this example, as the expansion valve 5, a solenoid-type electric expansion valve is used that displaces the position of the valve body that adjusts the opening of the throttle passage by the electromagnetic suction force generated by the electromagnetic coil. As the expansion valve 5, an actuator type electric expansion valve that displaces the position of the valve body by an electric actuator composed of a stepping motor may be used.
蒸発器6は膨脹弁5で減圧された液相冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器である。蒸発器6では、膨脹弁5で減圧された液相冷媒が電動送風機6aから送風された送風空気(室内空気、室外空気)から吸熱して蒸発する。
The evaporator 6 is a low-pressure side heat exchanger that evaporates the liquid-phase refrigerant decompressed by the expansion valve 5. In the evaporator 6, the liquid refrigerant decompressed by the expansion valve 5 absorbs heat from the blown air (indoor air, outdoor air) blown from the
内部熱交換器7は、膨脹弁5にて減圧される前の高圧冷媒と圧縮機1に吸引される低圧冷媒とを熱交換するもので、この内部熱交換器7により膨脹弁5に流入する冷媒が冷却されて蒸発器6に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、逆に蒸発器6から流出して圧縮機1に吸引される冷媒が加熱されて過熱度が大きくなる。 The internal heat exchanger 7 exchanges heat between the high-pressure refrigerant before being decompressed by the expansion valve 5 and the low-pressure refrigerant sucked by the compressor 1, and flows into the expansion valve 5 by the internal heat exchanger 7. As the refrigerant is cooled, the enthalpy of the refrigerant flowing into the evaporator 6 decreases, and conversely, the refrigerant flowing out of the evaporator 6 and sucked into the compressor 1 is heated to increase the degree of superheat.
本例では、内部熱交換器7は、高圧冷媒が流れる内筒管及び低圧冷媒が流れる外筒管からなる二重管構造になっている。 In this example, the internal heat exchanger 7 has a double tube structure including an inner tube through which high-pressure refrigerant flows and an outer tube through which low-pressure refrigerant flows.
次に、本実施形態における電気制御部の概要を説明する。膨張弁5の弁開度は制御装置(制御手段)10により制御される。本例では、制御装置10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ており、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、処理を行って、圧縮機1、電動送風機2a、6aの電動モータ、膨張弁5等の電気機器の作動を制御する。
Next, an outline of the electric control unit in the present embodiment will be described. The valve opening degree of the expansion valve 5 is controlled by a control device (control means) 10. In this example, the
制御装置10の入力側には、蒸発器6の吹出空気温度Teを検出する吹出空気温度センサ11、蒸発器6の出口冷媒温度を検出する冷媒温度センサ12、蒸発器6の出口冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサ13等が接続される。
On the input side of the
なお、制御装置10には周知の外気温度センサ、内気温度センサ、日射センサ等を包含するセンサ群からも検出信号が入力される。これらの各種センサによって本実施形態の各種検出手段が構成される。また、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(図示せず)の操作部材から種々な空調操作信号が入力される。
The
具体的には、温度設定スイッチによる車室内の設定温度信号、エアコンスイッチによる圧縮機作動指令信号、風量切替スイッチによる電動送風機6aの風量切替信号等が空調操作パネルから入力される。
Specifically, a set temperature signal in the passenger compartment by a temperature setting switch, a compressor operation command signal by an air conditioner switch, an air volume switching signal of the
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、冷凍サイクル装置の基本的作動について説明する。空調操作パネルの操作部材(エアコンスイッチ)により圧縮機1の作動指令信号が発生すると圧縮機1が駆動される。 Next, the operation of this embodiment in the above configuration will be described. First, the basic operation of the refrigeration cycle apparatus will be described. When an operation command signal for the compressor 1 is generated by an operation member (air conditioner switch) of the air conditioning operation panel, the compressor 1 is driven.
圧縮機1により冷媒が圧縮されて高温高圧状態となる。この高温高圧状態の冷媒は、次に放熱器2に流入し、ここで、電動送風機2aにより送風される外気(室外空気)と熱交換して外気中に放熱する。
The refrigerant is compressed by the compressor 1 to be in a high temperature and high pressure state. This high-temperature and high-pressure refrigerant then flows into the
放熱器2の出口冷媒は、レシーバ(気液分離器)3にて気相冷媒と液相冷媒とに分離されて余剰冷媒が液相冷媒として蓄えられる。レシーバ3から供給された液相冷媒は過冷却器4にて更に冷却されて過冷却度が高められる。
The outlet refrigerant of the
過冷却器4から供給された液相冷媒は内部熱交換器7にて圧縮機1に吸引される低圧冷媒とを熱交換して冷却された後に膨張弁5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6に流入し、ここで、電動送風機6a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6aの送風空気を蒸発器6で冷却することができ、冷風を室内へ吹き出すことができる。
The liquid-phase refrigerant supplied from the
蒸発器6を通過した低圧冷媒は内部熱交換器7にて膨脹弁5にて減圧される前の高圧冷媒と熱交換して加熱されて過熱度が大きくなった後に圧縮機1に吸入され、再度、圧縮される。 The low-pressure refrigerant that has passed through the evaporator 6 is heated by exchanging heat with the high-pressure refrigerant before being depressurized by the expansion valve 5 in the internal heat exchanger 7, and is sucked into the compressor 1 after the degree of superheat increases. It is compressed again.
次に、本実施形態の制御装置10が実行する基本的な制御処理について説明する。この制御処理は、車両の始動スイッチ(図示せず)の投入状態において、エアコンスイッチがONされるとスタートする。
Next, basic control processing executed by the
まず、フラグ、タイマ等の初期化がなされ、各種センサの検出信号、空調操作パネルの操作信号が読み込まれる。そして、圧縮機1、電動送風機2a、6aの電動モータ、膨張弁5等の電気機器の制御状態が決定される。
First, flags, timers, etc. are initialized, and detection signals from various sensors and operation signals from the air conditioning operation panel are read. And the control state of electric devices, such as the compressor 1, the electric motor of the
具体的には、室内への送風空気の目標温度、内気温、外気温に基づいて車室内へ吹き出す目標吹出温度TAOを算出する。この目標吹出温度TAO等に基づいて、電動送風機2a、6aの目標回転数(電動モータへの印加電圧)等を算出する。
Specifically, a target blowing temperature TAO to be blown into the vehicle interior is calculated based on the target temperature of the blown air into the room, the inside air temperature, and the outside air temperature. Based on the target blowing temperature TAO and the like, the target rotational speed (applied voltage to the electric motor) of the
さらに、目標吹出温度TAOに基づいて、蒸発器6の冷却度合の目標値である目標蒸発器吹出温度TEOを決定し、蒸発器6の吹出空気温度Teが目標蒸発器吹出温度TEOに近づくように、圧縮機1の冷媒吐出能力を算出する。 Furthermore, based on the target blowing temperature TAO, a target evaporator blowing temperature TEO that is a target value of the degree of cooling of the evaporator 6 is determined, so that the blowing air temperature Te of the evaporator 6 approaches the target evaporator blowing temperature TEO. Then, the refrigerant discharge capacity of the compressor 1 is calculated.
そして、決定された制御状態が得られるように、制御装置10より圧縮機1、電動送風機2a、6aの電動モータ、膨張弁5等の電気機器に対して出力信号が出力される。
Then, an output signal is output from the
次に、本実施形態の特徴である膨張弁5の作動制御を図2に基づいて説明する。図2中、実線は本実施形態における膨張弁5の作動特性を示している。図2中、破線は冷媒(本例では、R134a)の飽和線を示している。また、図2中、二点鎖線は上記従来技術(特許文献1)における膨張弁の作動特性を示している。 Next, the operation control of the expansion valve 5, which is a feature of this embodiment, will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the solid line indicates the operating characteristics of the expansion valve 5 in the present embodiment. In FIG. 2, the broken line shows the saturation line of the refrigerant (R134a in this example). Further, in FIG. 2, a two-dot chain line indicates an operation characteristic of the expansion valve in the conventional technique (Patent Document 1).
制御装置10は、冷媒温度センサ12が検出する蒸発器6の出口冷媒温度と、冷媒圧力センサ13が検出する蒸発器6の出口冷媒圧力とに基づいて、膨張弁5を図2の実線L1〜L3で示す作動特性で制御する。
The
図2からわかるように、蒸発器6の出口冷媒温度が第1所定温度T1以上の領域を圧縮機保護域とし、この圧縮機保護域では圧縮機1の保護制御を行う。蒸発器6の出口冷媒温度が第2所定温度T2以上、第1所定温度T1未満の領域をスーパーヒート域とし、このスーパーヒート域ではスーパーヒート制御を行う。 As can be seen from FIG. 2, a region where the outlet refrigerant temperature of the evaporator 6 is equal to or higher than the first predetermined temperature T1 is set as a compressor protection region, and protection control of the compressor 1 is performed in this compressor protection region. A region where the outlet refrigerant temperature of the evaporator 6 is equal to or higher than the second predetermined temperature T2 and lower than the first predetermined temperature T1 is defined as a superheat region, and superheat control is performed in this superheat region.
蒸発器6の出口冷媒温度が第2所定温度T2未満の領域をクロスチャージ域とし、このクロスチャージ域ではクロスチャージ方式で膨張弁5の制御を行う。なお、クロスチャージ域を必ずしも設ける必要はない。すなわち、蒸発器6の出口冷媒温度が第1所定温度T1未満の領域全てをスーパーヒート域としてもよい。 A region where the outlet refrigerant temperature of the evaporator 6 is lower than the second predetermined temperature T2 is defined as a cross charge region, and the expansion valve 5 is controlled by the cross charge method in this cross charge region. It is not always necessary to provide a cross charge area. That is, all the regions where the outlet refrigerant temperature of the evaporator 6 is lower than the first predetermined temperature T1 may be set as the superheat region.
本例では、膨張弁5の制御特性を示す特性線L1〜L3が3つ折れ状になっている。つまり、圧縮機保護域における膨張弁5の制御特性(第1制御特性)を示す特性線L1に対してスーパーヒート域における膨張弁5の制御特性(第2制御特性)を示す特性線L2が折れ曲がり、スーパーヒート域における膨張弁5の制御特性を示す特性線L2に対してクロスチャージ域における膨張弁5の制御特性を示す特性線L3が折れ曲がっている。 In this example, the characteristic lines L1 to L3 indicating the control characteristics of the expansion valve 5 are folded in three. That is, the characteristic line L2 indicating the control characteristic (second control characteristic) of the expansion valve 5 in the superheat area is bent with respect to the characteristic line L1 indicating the control characteristic (first control characteristic) of the expansion valve 5 in the compressor protection area. The characteristic line L3 indicating the control characteristic of the expansion valve 5 in the cross charge region is bent with respect to the characteristic line L2 indicating the control characteristic of the expansion valve 5 in the superheat region.
圧縮機保護域では制御特性線L1がR134a飽和線と略平行かつR134a飽和線に極力近くなっている。このため、冷媒の過熱度が所定量以下に抑えられて圧縮機1吐出冷媒温度の上昇が抑制される。その結果、圧縮機1等の高圧側部品を保護することができる。 In the compressor protection area, the control characteristic line L1 is substantially parallel to the R134a saturation line and as close as possible to the R134a saturation line. For this reason, the superheat degree of a refrigerant | coolant is suppressed below to predetermined amount, and the raise of the compressor 1 discharge refrigerant | coolant temperature is suppressed. As a result, the high pressure side parts such as the compressor 1 can be protected.
スーパーヒート域では、制御特性線L2が圧縮機保護域に比べてR134a飽和線から離れるように、制御特性線L2の傾きを大きくしている。このため、冷媒の過熱度が大きくなって液バックが防止される。このため、ハンチングを防止できるとともに、内部熱交換器7によるサブクール化によって冷房性能を向上できる。 In the superheat region, the inclination of the control characteristic line L2 is increased so that the control characteristic line L2 is farther from the R134a saturation line than the compressor protection region. For this reason, the superheat degree of a refrigerant | coolant becomes large and a liquid back is prevented. For this reason, hunting can be prevented and cooling performance can be improved by the subcooling by the internal heat exchanger 7.
クロスチャージ域では、スーパーヒート域に比べて制御特性線L3の傾きが小さくなっていて制御特性線L3がR134a飽和線と交差しているので、冷媒流量が減少する低温領域において蒸発器6の出口冷媒圧力を大きくすることができ、ひいては圧縮機1へのオイル戻り量が不足することを防止できる。 In the cross charge region, the slope of the control characteristic line L3 is smaller than that in the superheat region, and the control characteristic line L3 intersects the R134a saturation line. Therefore, the outlet of the evaporator 6 in the low temperature region where the refrigerant flow rate decreases. It is possible to increase the refrigerant pressure and thus prevent the oil return amount to the compressor 1 from being insufficient.
図3(a)は、本実施形態の制御装置10による膨張弁5の制御処理の一例を示すフローチャートである。ステップS100、S110は膨張弁5を初期開度に制御するためのものであり、まず、ステップS100にて、吹出空気温度センサ11が検出した蒸発器6の吹出空気温度Teと前述した目標吹出温度TAOとの差(Te−TAO)を算出する。
FIG. 3A is a flowchart illustrating an example of control processing of the expansion valve 5 by the
ステップS110では、ステップS100で算出した蒸発器6の吹出空気温度Teと目標吹出温度TAOとの差(Te−TAO)に基づいて、膨張弁5の初期開度を全開または中間開度に制御する。 In step S110, based on the difference (Te−TAO) between the blown air temperature Te of the evaporator 6 calculated in step S100 and the target blown temperature TAO (Te−TAO), the initial opening of the expansion valve 5 is controlled to be fully opened or intermediate. .
具体的には、蒸発器6の吹出空気温度Teと目標吹出温度TAOとの差(Te−TAO)が所定の閾値より大きい場合には、空調負荷が大きいとみなして膨張弁5の初期開度を全開に制御する。 Specifically, when the difference (Te−TAO) between the blown air temperature Te of the evaporator 6 and the target blown temperature TAO is larger than a predetermined threshold value, it is considered that the air conditioning load is large, and the initial opening degree of the expansion valve 5 To fully open.
一方、蒸発器6の吹出空気温度Teと目標吹出温度TAOとの差(Te−TAO)が所定の閾値以下である場合には、空調負荷が小さいとみなして膨張弁5の初期開度を中間開度に制御する。 On the other hand, when the difference (Te−TAO) between the blown air temperature Te of the evaporator 6 and the target blown temperature TAO is equal to or smaller than a predetermined threshold value, it is considered that the air conditioning load is small, and the initial opening degree of the expansion valve 5 is set to an intermediate value. Control the opening.
ステップS110にて膨張弁5を初期開度に制御した後は、ステップS120に示す膨張弁5の開度制御を行う。具体的には、ステップS120では、冷媒温度センサ12が検出した蒸発器6の出口冷媒温度と図2の制御特性線L1〜L3から蒸発器6の出口冷媒圧力の目標値(以下、目標圧力と言う。)を算出し、冷媒圧力センサ13が検出した蒸発器6の出口冷媒圧力が目標圧力になる様に膨張弁6の開度を制御する。そして、ステップS120を繰り返し行うことで膨張弁5の開度を図2の制御特性線L1〜L3のように制御する。
After the expansion valve 5 is controlled to the initial opening degree in step S110, the opening degree control of the expansion valve 5 shown in step S120 is performed. Specifically, in step S120, the outlet refrigerant temperature of the evaporator 6 detected by the
図3(b)は、図3(a)のフローチャートによる作動の一例を示すものである。この図3(b)の例では、ステップS100、S110にて膨張弁5を初期開度に制御した結果、圧縮機保護域になり、その後、ステップS120にて膨張弁5の開度制御を行うことによってスーパーヒート域、クロスチャージ域へと状態遷移している。 FIG. 3B shows an example of the operation according to the flowchart of FIG. In the example of FIG. 3B, as a result of controlling the expansion valve 5 to the initial opening degree in steps S100 and S110, the compressor protection area is reached, and thereafter the opening degree control of the expansion valve 5 is performed in step S120. As a result, the state transitions to the superheat range and the cross charge range.
ちなみに、第1、第2所定温度T1、T2は適宜設定することが可能である。そこで、第1所定温度T1の一設定例を説明すると、図4は、本実施形態の冷凍サイクル装置において冷房能力が100%で維持されるときの冷媒流量(または冷媒性能)と圧縮機1の吐出冷媒温度との関係を示すグラフである。この関係は、蒸発器6出口冷媒温度によって異なるので、図4では、蒸発器6の出口冷媒温度が25℃、30℃、35℃、40℃、45℃である場合を重ねて示している。 Incidentally, the first and second predetermined temperatures T1 and T2 can be set as appropriate. Therefore, a setting example of the first predetermined temperature T1 will be described. FIG. 4 shows the refrigerant flow rate (or refrigerant performance) and the compressor 1 when the cooling capacity is maintained at 100% in the refrigeration cycle apparatus of the present embodiment. It is a graph which shows the relationship with discharge refrigerant temperature. Since this relationship varies depending on the outlet refrigerant temperature of the evaporator 6, FIG. 4 shows the case where the outlet refrigerant temperature of the evaporator 6 is 25 ° C., 30 ° C., 35 ° C., 40 ° C., and 45 ° C.
図4に示す吐出冷媒温度Tcmaxは圧縮機1等の高圧側部品の保護が必要ない吐出冷媒温度の上限値であり、圧縮機1等の高圧側部品によって決まる温度である。例えば、吐出冷媒温度Tcmaxが150℃である場合には、吐出冷媒温度が150℃を超えると圧縮機1等の高圧側部品の保護が必要となることを意味する。 The discharge refrigerant temperature Tcmax shown in FIG. 4 is an upper limit value of the discharge refrigerant temperature that does not require protection of the high-pressure side parts such as the compressor 1 and is a temperature determined by the high-pressure side parts such as the compressor 1. For example, when the discharged refrigerant temperature Tcmax is 150 ° C., it means that protection of the high-pressure side parts such as the compressor 1 is necessary when the discharged refrigerant temperature exceeds 150 ° C.
そして、図4中の点Pでの蒸発器6の出口冷媒温度を第1所定温度T1に設定している。これにより、図2に示す圧縮機保護域を設定することができる。 And the exit refrigerant | coolant temperature of the evaporator 6 in the point P in FIG. 4 is set to 1st predetermined temperature T1. Thereby, the compressor protection area shown in FIG. 2 can be set.
(他の実施形態)
なお、上述の実施形態では、圧縮機保護域における制御特性線L1をR134a飽和線と略平行にしているが、必ずしも略平行である必要はない。また、上述の実施形態では、スーパーヒート域における制御特性線L2を曲線にしているが、必ずしも曲線である必要はなく、例えば制御特性線L2を直線にしてもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the control characteristic line L1 in the compressor protection area is substantially parallel to the R134a saturation line, but is not necessarily parallel. Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the control characteristic line L2 in the superheat region is curved, it is not always necessary to be a curve. For example, the control characteristic line L2 may be a straight line.
また、上述の実施形態では、圧縮機保護域における制御特性線L1に対してスーパーヒート域における制御特性線L2が折れ曲がっているが、必ずしも折れ曲がっている必要はなく、両制御特性線L1、L2が滑らかな曲線で繋がるようにしてもよい。同様に、スーパーヒート域およびクロスチャージ域においても制御特性線L2、L3が滑らかな曲線で繋がるようにしてもよい。 Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the control characteristic line L2 in the superheat region is bent with respect to the control characteristic line L1 in the compressor protection region, it is not always necessary to bend, and both control characteristic lines L1 and L2 are You may make it connect with a smooth curve. Similarly, the control characteristic lines L2 and L3 may be connected by a smooth curve in the superheat region and the cross charge region.
また、上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば、据置型の空調装置に本発明を適用可能である。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to the vehicle air conditioner. However, the application of the present invention is not limited to this, and for example, the present invention can be applied to a stationary air conditioner.
また、上述の実施形態では、冷媒としてR134aを採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。例えば、炭化水素系冷媒、二酸化炭素等を採用してもよい。さらに、本発明の冷凍サイクル装置を高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクル装置として構成してもよい。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which employ | adopted R134a as a refrigerant | coolant, the kind of refrigerant | coolant is not limited to this. For example, hydrocarbon refrigerant, carbon dioxide, etc. may be employed. Furthermore, the refrigeration cycle apparatus of the present invention may be configured as a supercritical refrigeration cycle apparatus in which the high-pressure side refrigerant pressure exceeds the critical pressure of the refrigerant.
L1 圧縮機保護域の制御特性(第1制御特性)
L2 スーパーヒート域の制御特性(第2制御特性)
L1 Compressor protection zone control characteristics (first control characteristics)
L2 Superheat range control characteristics (second control characteristics)
Claims (2)
高圧冷媒の熱を放冷する放熱器(2)と、
電気的に弁開度が調整され、前記放熱器(2)にて冷却された冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁(5)と、
前記膨脹弁(5)に減圧された冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器(6)と、
前記膨脹弁(5)にて減圧される前の高圧冷媒と前記圧縮機(1)に吸引される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(7)と、
前記膨脹弁(5)の前記弁開度を制御する制御手段(10)とを備え、
前記制御手段(10)は、前記蒸発器(6)の出口冷媒温度が第1所定温度以上のときには前記蒸発器(6)の出口側冷媒の過熱度を所定量以下に抑える第1制御特性で前記弁開度を制御し、前記出口冷媒温度が前記第1所定温度未満のときには前記過熱度を前記第1制御特性よりも大きくする第2制御特性で前記弁開度を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。 A compressor (1) for sucking and compressing refrigerant;
A radiator (2) for cooling the heat of the high-pressure refrigerant;
An expansion valve (5) whose valve opening is electrically adjusted and decompresses and expands the refrigerant cooled by the radiator (2);
An evaporator (6) for absorbing heat by evaporating the decompressed refrigerant in the expansion valve (5);
An internal heat exchanger (7) for exchanging heat between the high-pressure refrigerant before being depressurized by the expansion valve (5) and the low-pressure refrigerant sucked into the compressor (1);
Control means (10) for controlling the valve opening of the expansion valve (5),
The control means (10) has a first control characteristic that suppresses the degree of superheat of the outlet side refrigerant of the evaporator (6) to a predetermined amount or less when the outlet refrigerant temperature of the evaporator (6) is equal to or higher than a first predetermined temperature. The valve opening degree is controlled, and when the outlet refrigerant temperature is lower than the first predetermined temperature, the valve opening degree is controlled with a second control characteristic that makes the superheat degree larger than the first control characteristic. Refrigeration cycle equipment.
前記第2制御特性は、前記第1制御特性よりも前記冷媒の飽和線から離れた特性線で示され、
前記第2制御特性を示す特性線が前記第1制御特性を示す特性線に対して折れ曲がってい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。 The first control characteristic is indicated by a characteristic line parallel to a saturation line of the refrigerant,
The second control characteristic is indicated by a characteristic line farther from the saturation line of the refrigerant than the first control characteristic,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein a characteristic line indicating the second control characteristic is bent with respect to a characteristic line indicating the first control characteristic.
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