JP2011031678A

JP2011031678A - 冷凍サイクル

Info

Publication number: JP2011031678A
Application number: JP2009177992A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ishizeki; 徹也石関; Atsuo Inoue; 敦雄井上; Masato Tsuboi; 政人坪井; Kenichi Suzuki; 謙一鈴木
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17
Also published as: US20120125041A1; CN102470728A; WO2011013540A1; EP2460676A4; EP2460676A1

Abstract

【課題】圧縮機トルクの推定に使用される冷媒流量を、該冷媒流量と相関の高いオリフィス前後の差圧を精度良く検知することで、高精度で推定できるようにし、ひいては圧縮機トルクを高精度で推定できるようにするとともに、この推定を、省スペース、コストダウンをはかりつつ達成できるようにした、車両用空調装置に好適な冷凍サイクルの提供。
【解決手段】冷媒の凝縮部、受液器、サブクール部を一体的に備えたサブクールコンデンサを有し、該サブクールコンデンサの凝縮部を通過した冷媒の流れを絞るオリフィスを配置し、該オリフィスの前後差圧を検知可能な差圧検知手段を設け、かつ、検知された差圧を参照して冷媒流量を推定する冷媒流量推定手段と、推定された冷媒流量を参照して圧縮機のトルクを推定する圧縮機トルク推定手段を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに関し、とくに、冷媒流量の高精度の推定を介した圧縮機トルクの高精度の推定を、コンパクトな構成で容易に達成可能な、車両用空調装置等に用いて好適な冷凍サイクルに関する。

圧縮機、凝縮器、減圧・膨張機構、蒸発器をこの順に備えた冷凍サイクルにおいて、凝縮器として、圧縮機で圧縮された冷媒の凝縮部、凝縮された冷媒の受液器、受液器からの冷媒を過冷却するサブクール部を一体的に備えたサブクールコンデンサを使用し、冷凍サイクルの性能、とくに成績係数を向上するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１）。

一方、車両用空調装置等においては、冷凍サイクルにおいて大半の動力を消費する圧縮機の駆動用トルクを推定することが求められることが多く、圧縮機トルクを高精度でかつリアルタイムに推定できれば、圧縮機の駆動源としての車両エンジンの制御（例えば、エンジン燃料噴射制御）に反映させることが可能になり、車両の省燃費等に貢献できるようになる。

圧縮機トルクの推定には、そのときの冷媒流量を使用することが多いので、冷媒流量を精度良く推定できれば、圧縮機トルクも精度良く推定できることになる。冷媒流量を推定するには、冷媒流量と相関の高い、冷媒回路（とくに、液相を含む冷媒回路）の適当な区間における上流側圧力と下流側圧力との差圧を用いるのが有効であることが知られており、回路内の短区間で明確な差圧を持たせるためには、通常、絞り（オリフィス）を設けることが有効である。

ところが、上記のような差圧を検知するためのデバイスを、冷凍サイクルの冷媒回路中に単に組み込むだけでは、機器配置の面で冷凍サイクルの大型化を招き、車両用空調装置等で強く要求される省スペース化が困難になるとともに、差圧検知のためのデバイスを個別に組み込まなければならないため、低コスト化が困難になる。

特開平６−５０６１５号公報

そこで本発明の課題は、圧縮機トルクの推定に使用される冷媒流量を、該冷媒流量と相関の高いオリフィス前後の差圧を精度良く検知することで、高精度で推定できるようにし、ひいては圧縮機トルクを高精度で推定できるようにするとともに、この推定を、特定の場所に効率よく組み込んだ差圧検知手段による検知に基づいて行うことで、省スペース、コストダウンをはかることができるようにした、車両用空調装置等に用いて好適な冷凍サイクルを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る冷凍サイクルは、冷媒の圧縮機と、圧縮された冷媒の凝縮部、凝縮された冷媒の受液器、受液器からの冷媒を過冷却するサブクール部を一体的に備えたサブクールコンデンサと、サブクールコンデンサからの冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張機構と、減圧・膨張機構からの冷媒を蒸発させる蒸発器とを有する冷凍サイクルにおいて、
前記サブクールコンデンサ内に、前記凝縮部を通過した冷媒の流れを絞るオリフィスを配置するとともに、前記サブクールコンデンサに、該オリフィスの冷媒流れ方向上下流の位置における圧力間の差圧を検知可能な差圧検知手段を設け、かつ、冷凍サイクルに対し、前記差圧検知手段により検知された差圧を参照して冷媒流量を推定する冷媒流量推定手段と、該冷媒流量推定手段により推定された冷媒流量を参照して前記圧縮機のトルクを推定する圧縮機トルク推定手段を設けたことを特徴とするものからなる。

すなわち、本発明に係る冷凍サイクルにおいては、高精度の冷媒流量の推定、ひいては高精度の圧縮機トルクの推定の基となる、オリフィスの冷媒流れ方向上下流の位置における圧力間の差圧の検知を、サブクールコンデンサ内にオリフィスを配置することで、より具体的には、サブクールコンデンサ内にその凝縮部を通過した冷媒の流れを絞るオリフィスを配置することで、行うようにしている。オリフィスは、サブクールコンデンサ内の特定の領域に配置されるので、オリフィス自体を冷媒回路中に別個に組み込む機器として扱う必要はなくなり、サブクールコンデンサ内に予め組み込まれた機器として扱い、オリフィス組み込みサブクールコンデンサを一つの機器として扱うことができる。つまり、オリフィス組み込みサブクールコンデンサという一つの機器にて、サブクールコンデンサ本来の凝縮、過冷却の機能に加え、差圧検知の目的まで達成できるようにしている。その結果、差圧検知のためにオリフィスを組み込んだ冷凍サイクルを、省スペース、コストダウンをはかりながら実現することができる。

また、サブクールコンデンサ内の凝縮部を通過した冷媒に対してオリフィスが配置されるので、冷媒が液相主体の安定した領域にてオリフィスの前後差圧が検知されることになり、高精度の差圧検知が効率よく行われる。高精度の差圧検知は、高精度の冷媒流量推定を可能とし、ひいては高精度の圧縮機トルクの推定を可能とする。

本発明に係る冷凍サイクルにおいては、上記オリフィスは、サブクールコンデンサ内における上記凝縮部と上記受液器との間に設けられることもできるし、上記受液器と上記サブクール部との間に設けられることもできる。いずれの部位においても、液相主体の安定した冷媒領域にて高精度の差圧検知が可能である。

上記オリフィスの冷媒流れ方向上流の位置における圧力の検知は、オリフィスの直上流側で行えばよい。上記オリフィスの冷媒流れ方向下流の位置における圧力の検知は、オリフィスの直下流側の位置で行うことも可能であるが、圧力検知部の配置、組み込みの容易性を考慮すると、上記サブクール部の出口で行われることが好ましい。サブクール部では比較的安定した冷媒の流れが見込めるので、冷媒がサブクール部を通過することによる変動の要因は極めて小さい。

本発明に係る冷凍サイクルにおいて、上記差圧検知手段は、上記オリフィスの冷媒流れ方向上流の位置における圧力を検知する第１の圧力センサと、該第１の圧力センサとは別の、上記オリフィスの冷媒流れ方向下流の位置における圧力を検知する第２の圧力センサとによる検知圧力の差を算出することにより、上記差圧を検知する手段に構成できる。つまり、第１の圧力センサと第２の圧力センサは互いに独立して圧力検知可能であるとともに、両検知量の差を求めれば、所望の差圧が算出、検知できることになる。

したがって、上記冷媒流量推定手段は、上記差圧検知手段により検知された差圧を参照するとともに、上記第１の圧力センサおよび／または上記第２の圧力センサの検知量を参照して冷媒流量を推定することもできる。このようにすれば、差圧に、検知位置における圧力の絶対値、その絶対値に伴う冷媒の状態を加味した条件で冷媒流量を推定することが可能となり、より高精度に冷媒流量を推定することが可能となる。

また、上記圧縮機トルク推定手段は、上記冷媒流量推定手段により推定された冷媒流量、上記圧縮機の吸入圧力に相関のある物理量、上記圧縮機の回転数に相関のある物理量、上記第１の圧力センサの検知量を参照して圧縮機トルクを推定することが可能である。

上記のように互いに独立した第１の圧力センサと第２の圧力センサを設ける形態以外にも、上記差圧検知手段を、オリフィスの冷媒流れ方向上下流の位置における圧力間の差圧を直接検知する差圧センサにより、上記差圧を検知する手段に構成することも可能である。この場合には、オリフィス前後の各位置における圧力の絶対値はとれないが、冷媒流量推定に必要な差圧を直接検知できるので、より迅速な冷媒流量の推定が可能となる。

このような本発明に係る冷凍サイクルは、とくに、省スペース化、コストダウンの要求が強い車両用空調装置に用いられて好適なものである。

本発明に係る冷凍サイクルによれば、サブクールコンデンサ内の特定の領域にオリフィスを配置し、該オリフィス前後の差圧を精度良く検知できるようにしたので、それに基づいて該差圧と相関の高い冷媒流量、ひいては圧縮機トルクを高精度で推定できるようになる。そして、オリフィスをサブクールコンデンサ内に組み込み、オリフィス組み込みサブクールコンデンサを一つの機器として取り扱うことができるので、所望の差圧検知を達成しつつ、冷凍サイクル全体としての省スペース化、コストダウンをはかることができ、車両用空調装置等にとって最適な形態を実現できる。

本発明の一実施態様に係る冷凍サイクルの概略構成図である。図１の冷凍サイクルのＰ−ｈ線図の例を示す特性図である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る冷凍サイクルの概略構成を示している。図において、１は冷凍サイクル全体を示しており、該冷凍サイクル１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮された冷媒を凝縮し、その過冷却まで行うサブクールコンデンサ３と、サブクールコンデンサ３からの冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張機構としての膨張弁４と、膨張弁４からの冷媒を蒸発させる蒸発器５とを有している。サブクールコンデンサ３は、冷媒の凝縮部６と、凝縮部６で凝縮された冷媒の受液器７と、受液器７からの冷媒を過冷却するサブクール部８とを一体的に備えた機器として構成されている。凝縮部６、サブクール部８には、複数の熱交換チューブが並設されている。圧縮機２からの冷媒は、図の矢印で示すように、凝縮部６に送られ、２回ターン、３パスを経た後、受液器７に送られ、受液器７からサブクール部８に送られて、サブクール部８の出口から膨張弁４へと送られる。

このサブクールコンデンサ３内に、凝縮部６を通過した冷媒の流れを絞るオリフィス９が配置されており、本実施態様では、オリフィス９は、凝縮部６と受液器７との間の連通路１０に設けられている。ただし、このオリフィス９は、前述したように、受液器７とサブクール部８との間の連通路１１に設けることもできる。

サブクールコンデンサ３には、オリフィス９の冷媒流れ方向上下流の位置における圧力間の差圧を検知可能な差圧検知手段を設けられる。本実施態様では、凝縮部６の下流側でオリフィス９の上流側に第１の圧力センサ１２が設けられ、サブクール部８の出口に第２の圧力センサ１３が設けられて、両センサ１２、１３の検知量の差が、本発明で検知すべき差圧として、差圧演算手段１４によって算出されるようになっている。オリフィス９が受液器７とサブクール部８との間の連通路１１に設けられる場合には、そのオリフィス９の上流側に第１の圧力センサ１２が設けられればよい。また、オリフィス９の下流側の第２の圧力センサ１３は、オリフィス９の直下流側の位置に配置することも可能であるが、取り付けの容易性や、サブクール部８での冷媒状態が比較的安定していることを考慮すると、上記の如くサブクール部８の出口への配置が好ましい。なお、前述の如く、差圧の検知は、上記のように互いに独立した第１の圧力センサ１２と第２の圧力センサ１３を設ける形態以外にも、オリフィス９の冷媒流れ方向上下流の位置における圧力間の差圧を直接検知する差圧センサ（図示略）により、行うこともできる。

１５は、冷媒流量推定手段を示しており、差圧演算手段１４（差圧検知手段）により算出（検知）された差圧を参照して、冷媒流量を推定する。このとき、第１の圧力センサ１２および／または第２の圧力センサ１３による検知量（つまり、検知圧力の絶対値に相関のある物理量）も併せて参照すると、より高精度の冷媒流量の推定が可能となる。

上記冷媒流量推定手段１５により推定された冷媒流量を参照して、圧縮機トルク推定手段１６により圧縮機２のトルクを推定する。この圧縮機２のトルクの推定は、例えば、冷媒流量推定手段１５により推定された冷媒流量、圧縮機２の吸入圧力に相関のある物理量（例えば、吸入圧力センサによって検知された物理量）、圧縮機２の回転数に相関のある物理量、上記第１の圧力センサ１２の検知量を参照して圧縮機トルクを推定することが可能である。

このように、サブクールコンデンサ３内の特定の領域に、凝縮部６を通過した冷媒の流れを絞るオリフィス９を配置し、該オリフィス９前後の差圧を精度良く検知することで、該差圧と相関の高い冷媒流量、ひいては圧縮機トルクを高精度で推定できるようになる。さらに、オリフィス９を組み込んだサブクールコンデンサ３をオリフィス９を含めて一つの機器として取り扱うことができるので、所望の差圧検知を達成しつつ、冷凍サイクル全体としての省スペース化、コストダウンをはかることができる。

本発明に係る冷凍サイクルの作動は、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示すようなＰ−ｈ線図で表すことが可能である。すなわち、サブクールコンデンサ３内に設けたオリフィス９により、強制的にオリフィス前後差圧を持たせ、その差圧と相関の高い冷媒流量、ひいては圧縮機トルクを推定するようにしている。このとき、オリフィス前後差圧の安定した高精度の検知は、高精度の冷媒流量推定、高精度の圧縮機トルク推定につながる。オリフィス前後差圧を安定した状態で高精度に検知するためには、冷媒の相変化がない、あるいは極めて少ない状態で検知が行われることが望ましい。例えば、図２（Ａ）に示すように、同じ液相状態中でオリフィスによる差圧ΔＰが発生するように設定することが好ましい。ただし、例えば、図２（Ｂ）に示すように、相変化状態にまたがって差圧ΔＰが発生しても、多少精度は低下するかもしれないが、十分に高精度の冷媒流量推定、圧縮機トルク推定は可能である。

本発明に係る冷凍サイクルは、高精度で圧縮機トルクを推定することが要求されるあらゆる冷凍サイクルに適用可能であり、とくに、省スペース、コストダウンが要求される車両用空調装置に用いて好適なものである。

１冷凍サイクル
２圧縮機
３サブクールコンデンサ
４減圧・膨張機構としての膨張弁
５蒸発器
６凝縮部
７受液器
８サブクール部
９オリフィス
１０、１１連通路
１２第１の圧力センサ
１３第２の圧力センサ
１４差圧演算手段
１５冷媒流量推定手段
１６圧縮機トルク推定手段

Claims

冷媒の圧縮機と、圧縮された冷媒の凝縮部、凝縮された冷媒の受液器、受液器からの冷媒を過冷却するサブクール部を一体的に備えたサブクールコンデンサと、サブクールコンデンサからの冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張機構と、減圧・膨張機構からの冷媒を蒸発させる蒸発器とを有する冷凍サイクルにおいて、
前記サブクールコンデンサ内に、前記凝縮部を通過した冷媒の流れを絞るオリフィスを配置するとともに、前記サブクールコンデンサに、該オリフィスの冷媒流れ方向上下流の位置における圧力間の差圧を検知可能な差圧検知手段を設け、かつ、冷凍サイクルに対し、前記差圧検知手段により検知された差圧を参照して冷媒流量を推定する冷媒流量推定手段と、該冷媒流量推定手段により推定された冷媒流量を参照して前記圧縮機のトルクを推定する圧縮機トルク推定手段を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
前記オリフィスが、前記サブクールコンデンサ内における前記凝縮部と前記受液器との間に設けられている、請求項１に記載の冷凍サイクル。
前記オリフィスが、前記サブクールコンデンサ内における前記受液器と前記サブクール部との間に設けられている、請求項１に記載の冷凍サイクル。
前記オリフィスの冷媒流れ方向下流の位置における圧力の検知が、前記サブクール部の出口で行われる、請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍サイクル。
前記差圧検知手段は、前記オリフィスの冷媒流れ方向上流の位置における圧力を検知する第１の圧力センサと、該第１の圧力センサとは別の、前記オリフィスの冷媒流れ方向下流の位置における圧力を検知する第２の圧力センサとによる検知圧力の差を算出することにより、前記差圧を検知する、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクル。
前記冷媒流量推定手段は、前記差圧検知手段により検知された差圧を参照するとともに、前記第１の圧力センサおよび／または前記第２の圧力センサの検知量を参照して冷媒流量を推定する、請求項５に記載の冷凍サイクル。
前記圧縮機トルク推定手段は、前記冷媒流量推定手段により推定された冷媒流量、前記圧縮機の吸入圧力に相関のある物理量、前記圧縮機の回転数に相関のある物理量、前記第１の圧力センサの検知量を参照して圧縮機トルクを推定する、請求項５または６に記載の冷凍サイクル。
前記差圧検知手段は、前記オリフィスの冷媒流れ方向上下流の位置における圧力間の差圧を直接検知する差圧センサにより、前記差圧を検知する、請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクル。
車両用空調装置に用いられる、請求項１〜８のいずれかに記載の冷凍サイクル。