JP3295813B2 - 冷房システムと冷房方法 - Google Patents

冷房システムと冷房方法

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JP3295813B2 JP06195389A JP6195389A JP3295813B2 JP 3295813 B2 JP3295813 B2 JP 3295813B2 JP 06195389 A JP06195389 A JP 06195389A JP 6195389 A JP6195389 A JP 6195389A JP 3295813 B2 JP3295813 B2 JP 3295813B2
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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車の客室などのコンパートメントを冷
房あるいは空気調節する冷却システムに関する。
（従来の技術・発明が解決しようとする課題） 乗用者用空調システムにおいては、一般にエンジン駆
動コンプレッサによって高圧冷却ガスを外気で冷却する
発熱熱交換器または凝縮器に通し、冷却した液体冷媒を
膨脹器に通して減圧し、凝縮した冷媒を空気調節あるい
は冷房すべきコンパートメント内に位置している吸熱熱
交換器または気化器に通す。気化器が吸収する熱が、過
熱ガスとしてコンプレッサの入口に帰還する冷媒を沸騰
させ、気化させる。気化器において最大限の熱交換効率
を確保し、またコンプレッサへの液体の帰還ならびにそ
れに伴うコンプレッサの損傷を防止するためにはわずか
な過熱（すなわち飽和温度よりも少し高い気化冷媒）を
維持する必要がある。
在来法においては、毛管または膨脹調節弁によって凝
縮器と気化器との間で冷媒を減圧する。一般的には、自
動車の空調システムの膨脹調節弁は、冷媒温度に感応す
る感温式圧力作動型弁であり、ダイヤフラムに反応して
密閉チャンバに反応して密閉チャンバ内で液体を膨脹さ
せ、流量調節弁体（flow valve member）の位置を調節
する。この弁の一例が米国特許第3,667,247号、第3,81
0,366号に開示されている。圧力作動式冷媒膨脹弁は、
冷媒温度に応じて冷媒流量を調節し、コンパートメント
内の空気温度を調節する。
自動車の空調システムの冷媒流量を調節する電動膨脹
弁であって、マイクロコンピュータが発生する電気制御
信号に従って、マイクロコンピュータに対する多感知入
力（multiple sensed inputs）に基いて客室内の空気温
度を調節する弁が考案されている。電動膨脹弁によって
自動車の空調システムの冷媒流量を調節するためには、
気化器からコンプレッサへ帰還する気化冷媒の状態を指
示しなければならない。
本件出願人の継続出願Ser.No.007,147“Controlling
Refrigeration"（冷却調節方法）（1987年１月27日出
願）には、サーミスタが感知する気化器の入口と出口の
冷媒温度を比較することによってコントロールする自動
車空調システム用電動膨脹弁が開示されている。サーミ
スタから供給される電気温度信号に応じてマイクロコン
ピュータが、温度変化にしたがって変化するパルス幅
（デューティ サイクル duty cycle）を有し、弁に対
する冷媒流量を連続調節するパルス幅変調制御信号を発
生する。同継続出願Ser.No.007,147に開示されているシ
ステムは、気化器の入口と出口において均一冷媒温度を
維持し、気化器の出口においてわずかに過熱した気化冷
媒を維持する。しかしこのタイプの制御システムは、気
化器における圧力降下が25psi（1.75kg/cm2）程度の冷
房システム（空調システム）においてしか使用すること
ができない。
気化器における圧力降下が大きく、25psi（1.75kg/cm
2）以上である自動車空調システムにおいて電動冷媒膨
脹弁を使用する場合は、マイクロコンピュータに対する
入力を経済的に確保することが困難であり、またシステ
ムの熱負荷の変化に応じて客室内の気温を正しく調節で
きる弁制御信号を発生させることが困難である。かよう
な現状において、電動膨脹弁によって自動車空調システ
ムの冷媒流量を電気的に調節し、気温ならびにシステム
の熱負荷が大きく変化する場合でも客室内を一定の快適
な状態に維持することができる経済的な手段を考案する
ことが望まれている。
（課題を解決するための手段） 本発明は、特許請求の範囲に記載された各請求項の構
成を有し、特に、１つのサーミスタから温度入力信号を
受け、パルス幅（デューティ サイクル）可変パルス幅
変調パルス制御信号を発生するマイクロコンピュータを
用いて自動車空調システムの冷媒流量を電気的に調節
し、客室内を所望の快適な状態に維持する新案方法を提
供しようとするものである。本発明の電動冷媒膨脹弁に
対する制御信号は、アルゴリズムに従って、予め設定し
た値の対照表によりパルス幅（デューティ サイクル）
を変調することにより発生する。制御信号パルス幅の予
め設定した値は、気化器からコンプレッサへ帰還する気
化冷媒の所望過熱量に対して定常熱負荷状態でシステム
をキャリブレーションすることによって設定する。予め
設定したデューティ サイクルを中心として制御信号の
パルス幅を変調するアルゴリズムは、可変熱負荷条件の
下でシステムを実験運転することによって得た係数に基
いている。
本発明においては、気化器からコンプレッサへ帰還す
る気化冷媒の温度を感知する抵抗体（自己加熱サーミス
タ）を有する温度センサ手段を設けている。このセンサ
手段は、後述するマイクロプロセッサU4の９ピンに接続
された回路構成（R20,R21,CR4）を含んでいる。
このサーミスタは、気化状態の冷媒の温度よりも高い
温度にサーミスタを維持できる限流容量を備えている。
そして、気化冷媒をサーミスタの周囲に流通させつつ、
サーミスタを通過する限定電流によって生じるサーミス
タの電圧降下を検知してこの抵抗変化を確定するための
第１回路（R16〜R19,Q6,Q7,48,U4）と、 さらに、この抵抗変化を電気信号パルス時間にデジタ
ル変換するために、サーミスタの抵抗変化に応答して、
この抵抗変化に従ってパルス時間すなわちパルス幅が変
化する電気パルス信号を発生する第２回路（変換回路）
（R22〜R24,Q8,C6,U3,U4）を有する。
また、冷房システムに定常熱負荷をかけた状態で、予
め設定した所望過熱量に対してシステムのキャリブレー
ションを行って基準パルス時間を設定する。さらに、冷
房システムに可変熱負荷をかけた状態でマイクロコンピ
ュータが基準パルス時間と可変パルス信号を比較し、ア
ルゴリズムに従って、システムの所望過熱レベルに維持
するように膨張弁を動作させる適切なパルス幅の変調パ
ルス信号を設定する。
このために、本発明では、さらに、電気パルス信号を
受け、前記温度センサ手段の周囲を流れる冷媒の所望過
熱量に対して、前記パルス時間及び予め設定した対照表
によって決定される時間において、一定の（オン時間／
オフ時間）比を有する周期的な制御信号を発生し、この
制御信号を膨脹弁に供給して冷媒流量を制御し、前記対
照表の所望値における過熱量を調節する駆動回路（U4,6
8）とを有している。
この結果、マイクロコンピュータが、冷媒管路に設置
した１つの自己加熱サーミスタが発生する温度入力信号
に応じて電磁膨脹弁を駆動するパルス幅変調制御信号を
発生し、気化器からコンプレッサへ帰還する気化冷媒中
の液化冷媒の存在を検知し、冷媒を弱過熱状態に維持し
て理想的冷房効率を維持する。
すなわち本発明は、空調システム、特に自動車の空調
システムの冷媒膨脹弁を電気制御する新案手段（方法）
を提供しようとするものである。
（実施例） 第１図を参照して、本発明の制御システム10において
は、自動車のエンジン（不図示）に接続されており、電
動クラッチ16に係合している伝動ベルト14によってコン
プレッサ（ポンプ）12が駆動される。冷媒（フレオン1
2）がコンプレッサの出口から管路18を介して凝縮器
（発熱熱交換器）Ｃへ送られ、凝縮された液体となり、
この液体は、さらに管路20を通って乾燥器22へ送られ
る。乾燥器22の出口は、管路24に接続されており、管路
24は膨張弁26の入口に接続されている。この膨張弁26
は、ソレノイド（作動体）28を作動させる電磁弁であ
り、この弁の入口に流入した液体が冷媒となるように減
圧し、弁の出口においてその流量を制御する。また、こ
の低圧側の出口は、管路30を介して気化器（吸熱熱交換
器）Ｅの入口に接続されている。
気化器Ｅは、第１図において、点線31で示す冷房また
は空調すべき自動車客室内の空気と熱交換関係にあり、
膨脹弁26から液体の冷媒を受け入れ、この液体冷媒を加
熱して、冷房または空調すべき客室から十分な量の熱を
吸収するために液体冷媒を気化する。また、気化器Ｅの
出口は管路（帰還管路）32に接続されており、管路32は
膨張弁26を通過し、コンプレッサ12の入口へ戻ってい
る。
電動冷却ファン34が、自動車を運転していない時（す
なわち自動車の周囲を通過する空気の量が少ない時）に
凝縮器Ｃの周囲に冷却空気を供給する。
弁アセンブリ26の弁ブロック36に設けられているサー
ミスタ（温度センサ）38の抵抗体に管路32を流通する気
化と冷媒が直に当たり、サーミスタ38が冷媒の温度を感
知する。サーミスタ38は限流抵抗器R19（第２図参照）
に対して電気的に直列に入っており、制御器40に接続さ
れている。
制御器40は、好ましくは弁ブロック36の上面に直に取
付ける；サーミスタ38のリード線が制御器40の穴に貫入
し、サーミスタ38を制御器40に電気的に接続している。
弁ブロックに設けられている第２サーミスタ42の抵抗体
が管路32を流通する冷媒の温度を感知する。サーミスタ
42もサーミスタ38と同様に制御器40に設けられている穴
を介して制御器40に電気的に接続されている。
弁ブロック36に設けられている第３サーミスタ44の抵
抗体は弁入口側管路24の壁体（wall）を貫通しており、
弁に流入する高圧冷媒の温度を感知する。本発明のこの
好ましい実施態様においては、サーミスタ38は、Fenwal
l Electronics 63 Fountain Street,Framingham,Massac
husetts 01701製のNTCサーミスタ（FD21J−Ｗ）であ
り、抵抗は、100オーム/25℃である。サーミスタ42,44
はFenwall製の30キロオームNTCサーミスタ（UUR43J21）
である。
サーミスタ（第1,第2,第３温度センサ）38,42,44は、
好ましくは、本件出願人の継続出願Ser.No.007,861“Re
frigerant Flow Control System"（1987年１月27日出
願）の第４図に示されているとおりに装着するが、必要
に応じてこれ以外の装着方法を適用できることは言うま
でもない。
ソレノイド28をブロック36の脇に装着すればソレノイ
ド28の一対の端子46,48が制御器40の一対の相手ピン50,
52に係合する。
制御器40の４ピン コネクタ54が制御器40の一方の側
から出ており、相手の４ピン プラク56に接続している
（第１図参照）。４ピン プラク56のピン58が自動車バ
ッテリ電圧ＶBを受け、第２ピン60は自動車アース（veh
icle ground）に接続されている。第３ピンは61はリー
ド線62を介してコンプレッサ クラッチ16の一方の端子
に接続されており、コンプレッサ クラッチ16の他方の
端子はリード線64を介してＶB電圧に接続されている。
プラグ56の第４ピンはリード線66を介してファン リレ
ー67の一方の端子に接続されており、ファン リレー67
の出力はファン34の駆動モータ69の一方の端子に接続さ
れており、モータ69の他方の端子は接地されている。
制御器のコネクタ54の電気ピン56′,60′,61′,63′
はプラグ56の同番号のピンに対応している。
制御器40は、電源68、増幅部70、マイクロプロセッサ
72ならびに出力駆動部74で構成されている。使用者が操
作する選択スイッチ76が車内電源Ｖからシステムを付勢
する。
第2,3図を参照して、制御器40と電源68が自己加熱サ
ーミスタ38、低圧冷媒温度サーミスタ42ならびに高圧冷
媒サーミスタ44に接続されている。
第３図を参照して、電源（レギュレータ）68は、好ま
しくは、Motorola Corporation Algonquin Road,Schaum
burg Illinois 60175製の固体電源U1（MC7805）とし、
その一方のピンが自動車バッテリからダイオードCR1と
抵抗器R1を介して電圧ＶB（通常は９〜16V）を受ける。
U1に対して並列に入っている防護器としてのコンデンサ
C1とツェーナ ダイオードCR6がU1のピン２を介して接
地されており、入力を過渡スパイク（transient spik
e）から防護する。U1のピン３に接続されている接地コ
ンデンサC2が調節ずみ5V電源を供給する。
第２図を参照して、マイクロプロセッサ72U4（好まし
くはMotorola製6805P3固体マイクロプロセッサとする）
のピン３が電圧レギュレータ68から電力を受ける。
U4の出力ピン９から抵抗器R18を介してQ7のベースに
電圧が供給されるとQ7が導通し、コレクタ接合部78の電
圧が降下する；コレクタ接合部78は、抵抗器R17を介し
てQ6のベースに接続されており、電圧レギュレータ48か
ら抵抗器R16を介して正バイアスをかけられる。接合部7
8の電圧が降下すれば抵抗器R17を介してQ6のベースにバ
イアスがかけられ、接合部80から電流を導通させる；接
合部80は、レギュレータ68の電圧と接合部78の電圧によ
って正バイアスをかけられる。
Q6を通過した電流が限流抵抗器R19を通って接合部82
に達する。接合部82は抵抗器R20とサーミスタ38に接続
されている。抵抗器R20は接合部84に接続されており、
接合部84は抵抗器R21を介して接合部86に接続されてお
り、また比較器CR4の正入力に接続されている。接合部8
6はダイオードCR4を介して接地されている。
接合部84は、サーミスタ38に対して並列に入っている
抵抗器R20と抵抗器R21の間に位置しており、比較器U3の
正入力のピン３に接続されている。電源電圧ＶBが比較
器U3のピン８に接続されており、比較器U3のピン４は接
地されており、比較器U3の出力には、電源68から抵抗器
R23を介して接合部92に5Vのバイアスをかけられる。U3
の負入力は接合部88、Q8のコレクタならびに接合部90に
接続されており、接合部90はコンデンサC6を介して接地
されており、抵抗器R22を介してＶBのバイアスをかけら
れる。
接合部91からマイクロコンピュータ72のピン３に給電
される。接合部91はコンデンサC18を介して接地されて
おり、電源68から5Vのバイアスをかけられる。マイクロ
コンピュータ72のピン4,5k間に位置している水晶発振器
CY1が、この好ましい実施態様においては、4.0MHzタイ
ミング信号を供給する。
マイクロコンピュータのピン９から抵抗器R18を介し
てQ7のベースに電圧ＶBが供給されるとQ7が導通し、接
合部78の電圧が降下する。電源68から抵抗器R16、接合
部80を介して接合部78にバイアスがかけられる。接合部
78の電圧が降下すればQ6のベースが抵抗器R17を介して
ロー（low）にバイアスをかけられ、接合部80から抵抗
器R19へ電流が流れ、さらにサーミスタ38から接合部8
6、ダイオードR4を経てアースへ流れる。
Q6から抵抗器R20,R21を通ってアースにも幾分電流が
流れる。直列抵抗器R20,R21を通過する電流によってサ
ーミスタ38が加熱され、サーミスタ38の周囲を流れる気
化冷媒の温度よりも少し高い温度に維持される。過熱が
維持されず、液化冷媒が38に存在すると、この状態が抵
抗器38の抵抗の、したがって比較器U3の正入力に接続さ
れている接合部84の電圧の急激な変化として感知され
る。
比較器U3の出力は、電源68から正5Vのバイアスをかけ
られる接合部92を介して抵抗器R23に印加され、ダイオ
ードCR3を介して接合部94に印加される。接合部94は、
接合部96を介してマイクロコンピュータU4の入力ピン２
に接続されている。接合部96はまた抵抗器R2を介して接
地されている。
トランジスタQ8のエミッタは接合部98を介して接地さ
れており、ベースは抵抗器R24を介してマイクロコンピ
ュータU4のピン８に接続されている。抵抗器R22を介し
てコンデンサC6の接合部98に電圧ＮBが充電され、接合
部88を介して比較器U3の負入力ピン２が電圧ＶBが印加
される。
Q8は、マイクロコンピュータU4のピン８から抵抗器R2
4を介してパルスを受けると接合部98を介してアースへ
導通し、コンデンサC6が接合部98を介してアースへ放電
する。コンデンサC6が充電されるとき、充電に要する時
間は接合部84からの正端子に印加される電圧に比例す
る。サーミスタ38に対して並列に入っている抵抗器R20,
R21で構成されている分圧器の電圧をマイクロコンピュ
ータU4が測定する。マイクロコンピュータU4のピン２が
接合部94を介して比較器U3の出力と接合部92から信号を
受ける。マイクロコンピュータU4がコンデンサC6を充電
するのに要する時間に比例する出力信号を生成し、同信
号が、冷媒によるサーミスタ38の抵抗変化を表わすデジ
タル情報としてのパルス幅を設定する。
抵抗器R20,R21と、約0.7Vの電圧降下を有するダイオ
ードCR4とで構成されている分圧器がU3のピン３に対す
る信号をゼロ（アース）よりも高く、ＶBよりも少し低
い値に維持し、それによって比較器U3は必ずその入力ピ
ン２、３の差電圧を読取る。
本実施態様において用いるサーミスタ38の差温度読取
り抵抗特性を表Ｉに示す。
ここに Ｒ−T:25℃抵抗に表記の数値を掛けて注目温度におけ
る抵抗値を求める。
AlPha温度係数：注目温度における抵抗値変化／℃
（％）。
−抵抗値偏差：基準温度（25℃）における抵抗値許容差
に加えて完全抵抗値偏差％（complete percentage of r
esistance deviation）を求める。
第２図を参照して、非自己加熱サーミスタ42は、接合
部100に接続されており、ＶB電圧のバイアスをかけられ
る。接合部100は、コンデンサC4を介して接地されてお
り、また接合部102に接続されており、接合部102はU2の
一方の半分の入力ピン12,13に接続されている。U2は、
この好ましい実施態様においては、National Semicondu
ctor Corp.,2900 Semiconductor Drive,Santa Clara,Ca
lifornia,95057製のNE556Dタイマーである。U2のピン1
0,14が接合部104,106を介して正5Vのバイアスを受け
る。接合部104はコンデンサC3を介して接地されてい
る。U2のピン11はコンデンサC14を介して接地されてお
り、ピン８はマイクロコンピュータU4の出力ピン11に接
続されている。U2の出力ピン９は、ダイオードCR−2A、
接合部94,96を介してマイクロコンピュータU4の入力ピ
ン２に接続されている。
マイクロコンピュータ11からU2のピン８に信号が印加
されるとU2がコンデンサC14を放電する。接合部102から
U2のピン10,14に印加される電圧がバイアス電圧の2/3に
達すればU2の出力ピン９とダイオードCR−2Aを介して接
合部94,96とU4の入力ピン２に信号が印加される。マイ
クロプロセッサU4が、接合部100の電圧のデジタル情報
として該信号を受ける時間を測定し、サーミスタ42のメ
ーカが提供する電圧、抵抗、温度の対照表からサーミス
タ42の温度を求める。
この好ましい実施態様においては、サーミスタ43はFe
nwell製30キロオームNTCサーミスタ（UUR43J21）であ
る。メーカの差温度測定抵抗特性を表IIに示す。
表 II ℃ OHMS ℃ OHMS −40 884,600 60 7,599 −20 211,200 70 5,359 −10 152,000 80 3,843 ０ 94,980 90 2,799 10 58,750 100 2,799 20 37,300 110 2,069 30 24,270 120 1,550 40 16,150 130 1,176 50 18,970 140 903.0 150 550.2 第６図を参照して、Ｄはコンプレッサ出口であり、Ａ
は凝縮器出口であり、Ｂは膨脹弁出口であり、Ｃはコン
プレッサ入口である。好ましくは、ΔＰMINは25psi（1.
75kg/cm2）minimumとし、一般的には85psi（5.27kg/c
m2）程度とする。
サーミスタ42が感知する実冷房温度によって低圧状態
が存在しているかどうかをチェックする。５゜F過熱状
態を維持するものとし、低圧閾値を18psigとすれば、第
６図の冷媒圧力／エンタルピ図の18psig（32.7PSIA）
（1.28kg/cm2）に対する温度を求める。この好ましい実
施態様においては、18psig、５゜F過熱の条件でサーミ
スタ42が感知する冷媒（フレオン12）の温度は第６図の
圧力／エンタルピ図のＥ点である。コンプレッサは、フ
レオン12の場合はサーミスタ42の温度46゜Fに相当する4
2psig飽和圧で再作動する。
自動車の場合は、凝縮器の出側管路のサーミスタ44部
に高圧状態が存在すればシステムを機能停止させること
が望ましい。この状態は、この好ましい実施態様におい
て凝縮器の出側管路245psig（17.2kg/cm2）MINIMUMの冷
媒圧が存在する状態と定義する。冷媒としてフレオン12
を使用する場合は、第６図の圧力／エンタルピ図よりサ
ーミスタ44が感知するＦ点の温度は123゜F（51℃）（14
8゜F飽和温度から凝縮器25゜F過冷（subcooling）を引
いて求める）であり、コンプレッサを知ることが望まし
い高圧状態が存在していることが分かる。コンプレッサ
は、マイクロプロセッサによって自動的に切ることもで
きるし、また使用者に対して与えられるアラームに従っ
て手動で切ることもできる。
別法として、サーミスタ44を自己過熱型とし、感知し
た飽和温度を飽和圧に変換し、飽和圧が予め設定した限
界値（好ましくは245psig）に達すればコンプレッサを
切るようにすることもできる（詳細については本件出願
人の継続出願Ser.No.119,009“Indicationg Liquid Ref
rigeration Saturation Point"（1987年12月12日出願）
を参照せよ）。
自動機能停止マイクロプロセッサU4の出力ピン18が発
生する信号が後述のごとくコンプレッサ クラッチを切
る。また、マイクロプロセッサU4のピン16に機能停止信
号か供給され、後述のごとく弁ソレノイド28に対する制
御信号をディスエイブルする。
第２図を参照して、好ましくはサーミスタ42と同一の
ものとするサーミスタ44がサーミスタ42の場合と同様に
正電圧Vbを受ける。サーミスタ44は接合部108に直列接
続されており、接合部108はコンデンサC5に接続されて
おり、コンデンサC5は接地されている。接合部108はま
た接合部110に接続されており、接合部110はU2の入力ピ
ン１、２に接続されている。電源68からU2のピン４に5V
のバイアスがかけられる。ピン３はコンデンサC15に接
続されており、コンデンサC15は接地されている。U2の
ピン６がマイクロプロセッサU4のピン10から出力を受け
る。U2の出力はダイオードCR−2Bを介して接合部94に接
続されており、接合部94はマイクロコンピュータU4の入
力ピン２に接続されている。
サーミスタ44から接合部108に印加される電圧は、サ
ーミスタ42に関連して述べた接合部100から供給される
信号の場合と同様にU2の一方の半分において処理され
る。サーミスタ44は、システムの過圧状態（冷媒不足状
態）を指示する過温度を感知する。U4が予め設定した限
界温度（好ましくは51℃）を越えるサーミスタ温度出力
を感知すれば、マイクロコンピュータのピン２が先述の
とおりに信号を受け、ピン16,17,18が発生する信号がパ
ワー ドライバ（power driver）74を介して凝縮器ファ
ン モータ、コンプレッサならびに弁を機能停止させ
る。
この好ましい実施態様においては、マイクロコンピュ
ータU4は、またサーミスタ44が33℃以下の温度を感知す
れば、凝縮器のファンを機能停止させ、サーミスタ44が
35℃以上の温度を感知すれば、このファンが作動するよ
うに機能する。
第３図を参照して、制御器40のパワー ドライバ部74
がマイクロコンピュータU4のピン16から抵抗器R9を介し
てQ2のベースに印加される信号を受ける。Q2のエミッタ
接合部は接地されており、コレクタ接合部には抵抗器R8
を介して電圧ＶBのバイアスがかけられる。Q2のコレク
タ接合部112は電力FET Q9のベースに接続されており、
Q9の出力ピン３は接地されており、出力ピン２は接合部
114に接続されており、接合部114、弁26のソレノイド
コイル28に接続されている。Q9の出力は、接合部114と
アースとの間に入っているツェーナ ダイオードCR7、C
R11ならびにダイオードCR16で保護されている。
Q2がピン16から信号を受ければQ2が導通し、それに伴
ってQ9が導通し、コイル28を通ってアースに電流が流
れ、冷媒弁が付勢される。Q2が切れればQ9は導通せず、
弁コイル28が切れる。
同様にしてQ3のベースがU4のピン18から抵抗器R11を
介して信号を受ける。Q3のコレクタ接合部116は電力FET
Q10のベースのピン１に接続されている。接合部116に
は電源68から抵抗器R10を介して電圧Vbのバイアスをか
けられる。Q10の出力ピン３は接地されており、ピン２
は接合部118を介してクラッチリード線62に接続されて
いる。Q10の出力は、接合部118とアースとの間に入って
いるツェーナ ダイオードCR8とダイオードCR10によっ
て保護されている。トランジスタQ3と電力FET Q10の動
作はQ2、Q9と同じである。Q3、Q10はコンプレッサ ク
ラッチ16を付勢／消勢する。
第３図を参照して、マイクロコンピュータU4の出力ピ
ン17は抵抗器R13を介してQ4のベースに接続されてお
り、Q4のエミッタは接地されており、コレクタ接合部12
0は接合部122を介して電力FET Q11のベースに接続され
ており、電源電圧ＶBのバイアスをかけられる。Q11の一
方の出力ピン３は接合部128を介して接地されており、
他方の出力ピン３は接合部130を介してファン リレー
リード線66に接続されている。Q4、Q11の動作は上に
紹介したトランジスタのそれと同じであり、冷媒弁コイ
ル28ならびにコンプレッサ クラッチ16を付勢／消勢す
る。
Ｑのコレクタ接合部112はダイオードCR13を介してト
ランジスタQ5のコレクタ接合部132に接続されており、Q
5のエミッタは接合部134に接続されており、接合部134
はリード線126と接合部124を介して接地されている（第
２図参照）。同様に、トランジスタQ3のコレクタ接合部
116の出力はダイオードCR14−Ｂによって保護されてお
り、ダイオードCR14−Ｂは接合部136に接続されてお
り、接合部136はQ5の接合部132に接続されている。トラ
ンジスタQ4の出力は接合部122と接合部138の間に入って
いるダイオードCR14−Ａによって保護されており、接合
部138は接合部136,132に接続されており、接合部138,13
4の間に入っている ツェーナ ダイオードCR15に第３
図に示すとおりにバイアスがかれられる。
電源を投入すればコンピュータU4のピン19からQ5のベ
ースに信号が印加され、Q5が導通し、トランジスタQ4,Q
3,Q2の出力が接地される。
第２図を参照して、制御器40の「デッド マン dead
man」タイマーがマイクロコンピュータを監視する。マ
イクロコンピュータU4のピン14の出力がコンデンサC7を
介して接合部138へ送られる。接合部138はトランジスタ
Q1のベースに接続されており、また抵抗器R7と接合部14
0,124を介して接地されている。Q1のエミッタは接合部1
40,124を介して接地されており、コレクタは接合部142
に接続されている。接合部142には、電源68から抵抗器R
3,R6を介して5Vの電圧バイアスがかけられる。接合部14
2はコンデンサC8を介して接続されており、接合部144,1
24を介して接地されており、またU5の入力ピン2,6に接
続されている。本発明はこの好ましい実施態様において
は、U5はNational Semiconductor NE5550マイクロコン
ピュータであり、そのピン８に接合部146を介して5Vの
バイアスがかけられる。接合部146はコンデンサC17を介
して接地されている。
U5の第２入力としてのピン７は、抵抗器R3,R6との接
合部148に接続されている。U5のピン５はコンデンサC9
と接合部150,124を介して接地されている。U5のピン１
も接合部152,124を介して接地されている。U5のピン４
はコンデンサC10に接続されており、接合部153,124を介
して接地されており、抵抗器R4と接合部156を介して5V
のバイアスがかけられる接合部154に接続されている。U
5のピン３はコンデンサC11を介してマイクロコンピュー
タU4のピン28に接続されている。U5の出力ピン３はダイ
オードCR5と抵抗器R5によって保護されている。
U5の機能として、予め設定した時間（好ましくは70m
s）が経過してもQ1のピン14から信号が送られてこなけ
れば、U5はQ1によってリセットされず、ピン28からマイ
クロプロセッサU4へリセット信号を送る。
今度は、制御信号のパルス幅を求めるアルゴリスム
（計算式）の設定に関連して、膨脹弁26のソレノイド28
を駆動する制御信号の条件を設定する方法について説明
する。サーミスタ38の近傍に設置した圧力変換器（不図
示）によって気化器の出口圧を測定する。気化器ならび
に凝縮器に対する負荷を変化させる。膨脹弁に対する制
御信号のパルス幅を変調して冷媒流量を加減し、それに
応じて過熱量（SH superheat）を加減する。
圧力変換器が感知した圧力を飽和温度Tsに変換し、サ
ーミスタ42が感知した温度ＴAを飽和温度Tsを引いてSH
を求める。すなわち SH＝ＴA−Ts 続いてシステムを０゜F＜SH＜40゜Fの範囲で運転し、
各SHに対するパルス時間Ptを上に紹介した固体器の抵
抗、容量、呼び符号ならびに製品番号を表IIIに示す。
プロットする（第４図）。第４図のグラフから、所望
の５゜F過熱を確保するためにはパルス時間を約20msに
して適切な冷媒流量を維持しなければならないことが分
かる。
このパルス時間を、所望５゜F過熱でシステムに定常
熱負荷をかけるためのパルス時間Pt0とする。
Pt0が求まれば、動的可変負荷条件（すなわち実運転
条件）の下における膨脹弁制御信号のパルス幅PWを次式
から求めることができる； ΔPt＝Pt−20ms ここではPtはマイクロコンピュータU4のピン２における
サーミスタ38のパルス時間（ms）である。第５図を参照
して、スイッチ（第１図）を投入してシステムを起動す
れば、ステップ158においてインデックス フラッグ（i
ndex flag）がステップ160のゼロにセットされ、コンプ
レッサ クラッチ16がステップ162において付勢され
る。ステップ164において適切な時限（好ましくは１秒
程度）が経過すれば、ソレノイド弁128がステップ166に
おいて12V、64Hz、40％パルス幅の制御信号によって付
勢される。
マイクロコンピュータがステップ168においてサーミ
スタ38から入力信号を受け、ΔPt−１がPtにセットされ
た後ステップ182においてΔPtの値がアップデートされ
る。Ptの現在値（current value）はステップ182におい
て（パルス時間−20ms）にセットされる。ΔPtの変化Δ
ΔPtはステップ184においてΔΔPtの過去値（previous
value）にセットされる。ΔΔPtの現在値はステップ186
においてΔPtと過去Pt−１との差として計算される。
ΔΔPtの変化はステップ188においてΔΔPtとΔΔPt
−１の過去値との差として計算される。ステップ190に
おいて、インデックス フラッグが２を越えていればマ
イクロコンピュータはステップ192へ進む。ステップ190
においてフラッグが２を越えていなければマイクロコン
ピュータはステップ191へ進み、フラッグがフラッグ＋
１にセットされ、ステップ168へ戻る。
ステップ192において制御信号パルス幅（PW）ｔが次
式に従って３つの項の和として計算される： （PW）ｔ＝ΔPtK1＋ΔΔPtK2＋ΔΔΔPtK3＋（PW）t-1 本発明のこの好ましい実施態様においては、0.75秒の
サンプリング レート（走査レート）でパルス幅（PW）
の計算をアップデートする。
今度は係数K1、K2、K3の求め方について説明する。先
の場合と同様に気化器と凝縮器に定常熱負荷をかけてシ
ステムを運転する。係数K1を変化させることができるよ
うにマイクロコンピュータU4をエミュレート（emulat
e）する。係数K1を変化させ、先述のとおりにＴSとTaと
から計算した過熱を５゜Fを中心にして所望どおりに調
節する。係数K1を設定すれば、たとえばコンプレッサの
速度を変えることによって、あるいはまた気化器ブロワ
ーおよび／あるいは凝縮器ファンの速度を変えることに
よってシステムの熱負荷を段階的に変化させる。
係数K1を設定値にセットし、熱負荷を段階的に変化さ
せ、エミュレータ（emulator）において係数K2、Ｋを変
化させて過熱を約５゜Fで定常状態にし、K2、K3の値を
記録する。続いてマイクロコンピュータU4によって、求
めたK1、K2、K3の値を用いる計算式（アルゴリスム）に
従ってPWを計算する。
係数K1、K2、K3は、0.75秒のサンプリング レートに
対してのみ有効である。最終ソフトウェアにおいてこれ
とは違うサンプリング レート（たとえば0.1秒）を用
いる場合は、そのサンプリングに適応する新たな係数を
設定しなければならない。
以上の説明により、本発明は、幅変調電気パルス制御
信号によって冷媒流量調節ソレノイド弁を駆動すること
によって空調（冷房）システムの冷媒流量を調節する新
案方法（手段）を提供するものであることが理解されよ
う。本発明の制御システムにおいては、自己加熱サーミ
スタを用いて気化器からコンプレッサ入口へ戻る冷媒帰
還管路内の液体冷媒の存在を感知する。本発明の制御シ
ステムにおいては、所定の計算式に従ってパルス幅を変
調させる制御信号によってコンプレッサへ帰還する冷媒
中に約５゜Fの過熱を維持する。コンプレッサへの帰還
管路内に液体冷媒が存在していれば、サーミスタの抵抗
が液体冷媒の存在によって大きく変化し、それに伴って
制御弁に対するパルス幅変調信号が調節される。
本発明は、上に紹介した実施態様だけに限定されるこ
とはなく、その特許請求範囲内においてこれ以上にも様
々な応用形実施態様が可能である。
本発明は、吸熱熱交換器（気化器）の出口側の帰還管
路（吸込側ライン）にのみ、温度センサとしての自己加
熱型の抵抗体を配置し、この抵抗体に接続された分圧器
を介して、気化器からポンプ（コンプレッサ）に戻る気
化冷媒の流れに存在する液体によって生じた抵抗の変化
を、限定電流による電圧降下として検出することによ
り、熱負荷に応じた冷媒の流れを制御することができ
る。
その結果、従来、気化器の入口と出口に設けた２つの
サーミスタを使用して飽和温度を制御していたのを、１
つの温度センサのみで、直接、飽和温度を得ることがで
き、かつ対照表から飽和圧が与えられることから、気化
器の圧力降下、即ち、可変熱負荷の状況に影響を受ける
ことなく、この抵抗変化に応じたパルス幅が変化する電
気パルス信号を発生して、膨脹弁に流れる冷媒流量を調
整し、それに応じて熱交換器の過熱度を制御できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の制御システムの図解である。 第２図は、第１図のシステムの一部の電気回路を示す第
１図のＩ−Ｉ矢視断面図である。 第３図は、第１図のシステムの他の部分の電気回路を示
す第１図のＩ−Ｉ矢視断面図である。 第４図は、第１図のシステムの定常熱負荷状態における
サーミスタのパルス時間と過熱量との関係を示すグラフ
である。 第５図は、パルス幅変調制御信号発生のブロック ダイ
ヤフラムである。 第６図は、R12冷媒の圧力／エンタルピ図である。 12……コンプレッサ（ポンプ） R19……限流抵抗器 40……制御器 Ｃ……凝縮器 Ｅ……熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−129669（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−41774（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−91171（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 1/00 304 L

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）入口と出口を有し、冷媒ガスを圧縮
    し、この圧縮した冷媒ガスを前記出口から吐き出すポン
    プ（12）と、 （ｂ）このポンプ（12）の出口から前記圧縮した冷媒ガ
    スを受け入れ、この冷媒ガスを冷却し、凝縮して液体に
    変える発熱熱交換器（Ｃ）と、 （ｃ）この発熱熱交換器（Ｃ）に接続され、前記液体を
    弁の入口に受け入れかつ電気作動によりこの液体が冷媒
    となるように減圧し、弁の出口においてその流量を制御
    する膨脹弁（26）と、 （ｄ）この膨脹弁（26）の出口から前記液体の冷媒を受
    け入れ、この液体冷媒を加熱して、冷房または空調すべ
    き客室から十分な量の熱を吸収するように前記液体冷媒
    を気化するとともに、さらに、この気化冷媒を前記ポン
    プ（12）の入口へ戻す帰還管路（32）を有する吸熱熱交
    換器（Ｅ）と、 （ｅ）この吸熱熱交換器（Ｅ）下流の吸込側ラインに配
    置されかつ気化冷媒の温度よりも高い温度に維持され
    て、前記吸熱熱交換器（Ｅ）から前記ポンプ（12）に戻
    る気化冷媒内の液体冷媒を感知する自己加熱型の抵抗体
    （38）を有する温度センサ手段と、 （ｆ）前記抵抗体（38）に限定電流を供給する制御手段
    （40）と、 （ｇ）前記抵抗体（38）に接続された分圧器を有し、前
    記気化冷媒の流れに存在する液体によって生じる抵抗の
    変化を、前記限定電流による前記抵抗体（38）の電圧降
    下として検出するための第１回路と、 （ｈ）前記抵抗体（38）の抵抗変化に応答して、この抵
    抗変化に従ってパルス時間すなわちパルス幅が変化する
    電気パルス信号を発生する第２回路（R22〜R24,Q8,C6,U
    3,U4）と、 （ｉ）前記電気パルス信号を受け、前記温度センサ手段
    の周囲を流れる冷媒の所望過熱量に対して、前記パルス
    時間及び予め設定した対照表によって決定される時間に
    おいて、一定の（オン時間／オフ時間）比を有する周期
    的な制御信号を発生し、この制御信号を前記膨脹弁に供
    給して冷媒流量を制御し、前記対照表の所望値における
    過熱量を調節する駆動回路（U4,68）と、 を備えたことを特徴とする冷房システム。
  2. 【請求項２】冷媒を凝縮器（Ｃ）を通して流通させるコ
    ンプレッサ（12）と、膨脹弁（26）と、客室を冷却する
    気化器（Ｅ）と、コンプレッサ（12）への帰還管路（3
    2）を備えている冷房システムであって、 （ａ）電気作動により前記膨脹弁（26）を制御し、この
    膨脹弁（26）を通過する冷媒の流量を調節するための作
    動体（28）と、 （ｂ）前記気化器（Ｅ）からコンプレッサ（12）へ戻す
    ために前記気化器（Ｅ）から放出する冷媒の温度を感知
    する１つのサーミスタ（38）と、 （ｃ）このサーミスタ（38）に限定電流を供給する第１
    回路（R16〜R19,Q6,Q7,48,U4）と、 （ｄ）前記冷媒が前記サーミスタ（38）の周囲に流通し
    かつ前記限定電流が前記サーミスタ（38）を通過すると
    きのこのサーミスタ間の電圧降下を検知し、前記サーミ
    スタ（38）に接続された抵抗（R20,R21）の分圧器を介
    して前記電圧降下に応じて前記サーミスタ（38）の抵抗
    変化を示す電気信号を発生する温度センサ手段（R20,R2
    1,CR4,U4）と、 （ｅ）この検知手段から供給される抵抗信号に応じて前
    記サーミスタ（38）の抵抗変化に相当する時間すなわち
    持続時間を有する周期的なパルス信号を発生する変換回
    路（R22〜R24,Q8,C6,U3,U4）と、 （ｆ）前記パルス信号に応答して、前記サーミスタの周
    囲を流れる冷媒の所望過熱量の予め設定した関係によっ
    て定まる（オン時間／オフ時間）比を有する制御信号を
    発生する駆動回路（U4,68）と、 を備えていることを特徴とする冷房システム。
  3. 【請求項３】作動体（28）が磁気作動体であることを特
    徴とする請求項２記載の冷房システム。
  4. 【請求項４】（ａ）気化器（Ｅ）から放出する冷媒の実
    温度を感知し、この実温度を示す電気信号を発生する第
    ２温度センサ（42）と、 （ｂ）前記電気信号に従って、前記冷媒の既知の圧力／
    温度特性から冷媒圧力を決定する回路と、 （ｃ）前記圧力を予め設定した限界値と比較し、この圧
    力が前記限界値を下回っていればコンプレッサ（12）を
    機能停止させる比較器（U4）と、 をさらに備えていることを特徴とする請求項２記載の冷
    房システム。
  5. 【請求項５】（ａ）凝縮器（Ｃ）から膨脹弁（26）に流
    入する高圧冷媒の温度を感知し、同温度を示す電気信号
    を発生する第３温度センサ（44）と、 （ｂ）前記電気信号に従って、冷媒の既知の圧力／温度
    特性から冷媒圧力を測定し、同冷媒圧力を示す電気信号
    を発生する手段と、 （ｃ）圧力信号に従って、冷媒圧力が予め設定した限界
    値を上回っていればコンプレッサ（12）を機能停止させ
    る手段と、 を備えていることを特徴とする請求項２記載の冷房シス
    テム。
  6. 【請求項６】予め設定した関係が、次式、 PWN＝PWN-1＋（ΔPt/10）＋（ΔΔPt/10） ＋（３ΔΔΔPt/10） ここで、PW＝（オン時間／オフ時間）比 Pt＝変換回路が発生するパルス信号の時間（ms） ΔPt＝パルス時間−20 であることを特徴とする請求項２記載の冷房システム。
  7. 【請求項７】与圧冷媒を凝縮器へ供給するコンプレッサ
    と、コンプレッサへの冷媒を帰還させる気化器を備えて
    いる空調または冷房システムにおける冷媒の流れを制御
    する冷房方法において、 （ａ）凝縮器から気化器へ供給する冷媒の流量を制御す
    る電動膨脹弁を設け、 （ｂ）気化器からコンプレッサへの冷媒帰還管路にサー
    ミスタを設置し、このサーミスタの周囲に冷媒を流しつ
    つサーミスタに電流を流し、 （ｃ）前記サーミスタの電圧降下を検知し、前記サーミ
    スタに接続された抵抗の分圧器を介して前記サーミスタ
    の抵抗変化を決定し、 （ｄ）冷媒流路内の前記サーミスタの所望過熱量に対し
    て、システムの定常熱負荷状態における前記膨脹弁の周
    期的な（オン時間／オフ時間）比を設定し、 （ｅ）前記サーミスタの抵抗変化を前記（オン時間／オ
    フ時間）比の予め設定した値の対照表と比較することに
    よって前記サーミスタ抵抗を調整するパルス制御信号を
    発生し、同制御信号を弁に供給する、各ステップを有す
    ることを特徴とする冷房方法。
  8. 【請求項８】前記対照表の値が、次式 PWN＝PWN-1＋k1ΔPt＋k2ΔΔPt で与えられ、 ここで、 PW＝（オン時間／オフ時間）比 ΔPt＝Pt−p' Pt＝変換回路が発生するパルス信号の時間（ms） P'＝定常負荷状態における所望過熱「目標」値に対する
    パルス時間 であることを特徴とする請求項７記載の冷房方法。
  9. 【請求項９】弁に供給する制御信号を発生するステップ
    は、 次式 PWN＝PWN-1＋k1ΔPt＋k2ΔΔPt＋k3ΔΔΔPt で与えられる対照表との比較を行うことを特徴とする請
    求項７記載の冷房システム。
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