JP4063023B2

JP4063023B2 - 蒸気圧縮式冷凍機

Info

Publication number: JP4063023B2
Application number: JP2002266946A
Authority: JP
Inventors: 喜代治沓名
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP2004101143A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１、第２蒸発器を有する蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、特に車室内前席側の領域を空調する前席側空調ユニットと、車室内後席側の領域を空調する後席側空調ユニットとを備える車両用空調装置に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前席側空調ユニット及び後席側空調ユニットを備えるデュアルエアコンでは、圧縮機の連続稼動時間が所定時間を超えたときに、電磁クラッチを強制的に断続させることにより圧縮機の吸入側圧力を強制変動させて、後席側の蒸発器や低圧冷媒配管に滞留した冷凍機油を圧縮機に戻すようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
なお、冷凍機油とは圧縮機内の摺動部を潤滑する潤滑油であり、通常、蒸気圧縮式冷凍機では、冷媒中に潤滑油を混合することにより圧縮機内の摺動部に潤滑油（冷凍機油）を供給している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２８３５７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者の実験検討によると、例えば空調装置において、冷凍機内を循環する冷媒流量が所定流量未満となって冷媒流速が低下すると、蒸発器出口や低圧配管等に停滞する冷凍機油を冷媒流れによって圧縮機吸入側に十分還流させることができず、圧縮機に戻すことができる冷凍機油量が低下してしまうことが解った。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第２には、圧縮機に戻る冷凍機油量が低下してしまうことを防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、第１、２蒸発器（５ａ、５ｂ）、放熱器（２）、減圧手段（４ａ、４ｂ）及び圧縮機（１）を備える蒸気圧縮式冷凍機であって、循環する冷媒流量が所定流量（Ｇ１）未満となる状態が所定時間継続したときに、大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替える流量切替制御手段（Ｓ１３０）を有し、所定流量（Ｇ１）は、第１、２蒸発器（５ａ、５ｂ）の両者で吸熱能力を発生させるときと第１、２蒸発器（５ａ、５ｂ）のうちいずれか一方の蒸発器のみで吸熱能力を発生させるときとで相違することを特徴とする。
【０００８】
これにより、冷媒流量が所定流量（Ｇ１）未満となり冷媒流速が低下しても、冷媒流量が強制的に増減し、蒸発器（５ａ、５ｂ）出口の低圧配管等に停滞していた冷凍機油を冷媒流れによって圧縮機（１）の吸入側に十分還流させることができるので、圧縮機（１）に戻ってくる冷凍機油量が減少してしまうことを未然に防止できる。延いては、圧縮機（１）が焼き付く等の不具合が発生することを防止できるので、圧縮機（１）の耐久性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、圧縮機（１）は、吐出容量を変化させることができる可変容量型圧縮機であり、流量切替制御手段（Ｓ１３０）は、吐出容量を変化させることにより大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替えることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、圧縮機（１）の吐出容量を最大とすることにより大冷媒流量状態とし、圧縮機（１）の吐出容量を最小とすることにより小冷媒流量状態とすることを特徴とするものでる。
【００１１】
因みに、上記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一例である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を車両用空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【００１３】
圧縮機１は走行用エンジンから動力を受けて冷媒を吸入圧縮するもので、本実施形態では、斜板室（クランク室）内の圧力を制御することにより斜板の傾斜角を連続的に変化させて吐出容量を連続的に変化させることができる可変容量型の圧縮機を採用している。
【００１４】
具体的には、斜板室内の圧力を制御バルブを制御することにより圧縮機１の吐出容量を制御しており、本実施形態では、吐出容量を増大させるときには制御バルブへの通電電流値又は通電デューティ比（以下、制御電流値と呼ぶ。）を大きくし、吐出容量を減少させるときには制御電流値を小さくする。
【００１５】
因みに、吐出容量とは、圧縮機のシャフトが一回転する際に吐出される理論（幾何学的）な体積吐出流量を言う。
【００１６】
凝縮器２は圧縮機１から吐出した高温・高圧冷媒を冷却する放熱器であり、レシーバ３は凝縮器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、本実施形態では、液相冷媒を後述する減圧器４ａ、４ｂ側に供給する。
【００１７】
第１、２減圧器４ａ、４ｂは、高圧冷媒を等エンタルピ膨脹させる膨脹弁であり、第１、２蒸発器５ａ、５ｂは、減圧された冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換して室内に吹き出す空気から吸熱して冷媒を蒸発させる熱交換器であり、第１蒸発器５ａは前席側空調ユニット内に収納されて主に前席側に吹き出す空気を冷却し、第２蒸発器５ｂは後席側空調ユニット内に収納されて主に後席側に吹き出す空気を冷却する。
【００１８】
なお、第１減圧器４ａは、第１蒸発器５ａの冷媒出口における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を可変制御する周知の温度式膨脹弁であり、第２減圧器４ｂは、第１減圧器４ａと同様な構造を有するもので、第２蒸発器５ｂの冷媒出口における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する。
【００１９】
第１送風機６ａは前席側空調ユニット用の送風機であり、第２送風機６ｂは後席側空調ユニット用の送風機である。なお、図１では、第１、２送風機６ａ、６ｂを軸流ファンのように描かれているが、図１は模式的な図であり、実際の送風機の形状を示すものはない。因みに、本実施形態では、送風機として遠心ファンを用いている。
【００２０】
電子制御装置（ＥＣＵ）７は、圧縮機１の吐出容量、つまり斜板室内の圧力を制御するバルブ（図示せず。）を制御する制御装置であり、このＥＣＵ７には、圧縮機１の吐出圧Ｐｄを検出圧力センサ７ａ、第１蒸発器６ａを通過した直後の空気温度、つまり第１蒸発器６ａの温度を検出するエバ後温度センサ７ｂ、室外空気温度を検出する外気温度センサ７ｃ、室内空気温度を検出する内気温度センサ７ｄ及び乗員が希望する室内温度を設定する温度設定装置７ｅの検出温度等が入力されている。
【００２１】
なお、圧縮機１の吐出容量は、エバ後温度センサ７ｂが検出した温度が所定値（例えば、３℃〜４℃）となるように制御される。
【００２２】
次に、本実施形態に係る車両用空調装置の作動を述べる。
【００２３】
１．シングル運転とデュアル運転との切り換え
シングル運転、つまり前席側空調ユニット及び後席側空調ユニットのいずれか一方のユニットを稼動させる際には、稼動させるユニットの送風機を稼動させた状態で冷媒を循環させる。一方、デュアル運転、つまり前席側空調ユニット及び後席側空調ユニットの両者を稼動させる際には、両送風機６ａ、６ｂを稼動させた状態で冷媒を循環させる。なお、両空調ユニットを停止させる場合には、両送風機６ａ、６ｂを停止させた状態で、圧縮機１の吐出容量を最小（０％）容量とする。
【００２４】
２．圧縮機１に戻る冷凍機油量の制御
この制御モードは、圧縮機１に戻ってくる冷凍機油量が過度に低下することを防止するための制御モードであり、この制御モードは、シングル運転時及びデュアル運転時のいずれの運転時においても実行される。以下、図２に示すフローチャートに基づいて、この制御モードの作動を述べる。
【００２５】
空調装置の始動スイッチ（図示せず。）が投入されると、循環する冷媒流量Ｇｒが所定流量Ｇ１未満であるか否かを判定し（Ｓ１００）、冷媒流量Ｇｒが所定流量Ｇ１未満となる状態が所定時間継続したときには、大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替える（Ｓ１１０〜Ｓ１３０）。なお、本実施形態では、冷媒流量Ｇｒ及び所定流量Ｇ１とは、質量流量を意味している。
【００２６】
このとき、しきい値である所定流量Ｇ１は、第１、２蒸発器５ａ、５ｂの両者で吸熱能力を発生させるデュアル運転時と第１、２蒸発器５ａ、５ｂのうちいずれか一方の蒸発器のみで吸熱能力を発生させるシングル運転時とで相違しており、本実施形態では、デュアル運転時の所定流量Ｇ１がシングル運転時の所定流量Ｇ１より大きな値が設定される。
【００２７】
因みに、蒸発器の形式及び必要とする空調能力によって所定流量Ｇ１は、変化するものの、本実施形態では、デュアル運転時の所定流量Ｇ１を４０〜８０ｋｇ／ｈとし、シングル運転時の所定流量Ｇ１を２０〜４０ｋｇ／ｈとしている。
【００２８】
また、「大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替える」に当たって、本実施形態では、図３に示すように、最大（１００％）容量運転と最小（０％）容量運転とを１０秒毎に３回切り換えている。
【００２９】
また、本実施形態では、図４に示す特性図、つまり制御電流（吐出容量）と吐出圧ｐｄとから冷媒流量Ｇｒを求めているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３０】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３１】
本実施形態では、冷媒流量Ｇｒが所定流量Ｇ１未満となる状態が所定時間継続したときに、大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替えるので、冷媒流量Ｇｒが所定流量Ｇ１未満となり冷媒流速が低下しても、冷媒流量が強制的に増減し、蒸発器５ａ、５ｂ出口や低圧配管等に停滞していた冷凍機油を冷媒流れによって圧縮機１の吸入側に十分還流させることができる。
【００３２】
したがって、圧縮機１に戻ってくる冷凍機油量が減少してしまうことを未然に防止できるので、圧縮機１が焼き付く等の不具合が発生することを防止でき、圧縮機１の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
なお、図５は圧縮機１に戻ってくる冷媒量及びオイル循環率（＝冷凍機油循環量／（冷凍機油循環量＋冷媒循環量））の変化を示す試験結果であり、この試験結果から明らかなように、所定時間Ｔｘ継続後に大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替えれば、オイル循環率が増大し、圧縮機１に戻ってくる冷凍機油量が増大することが判る。
【００３４】
因みに、本実施形態では、所定時間Ｔｘは、オイル循環率が１．５％以下となる時間を基準として選定されている。
【００３５】
また、シングル運転とデュアル運転とでしきい値である所定流量Ｇ１を相違させるので、運転状態に適したオイル戻し制御を行うことができる。
【００３６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、冷媒流量Ｇｒを直接的に計測することによりが冷媒流量Ｇｒが所定流量Ｇ１未満であるか否かを判定したが、蒸発器への送風量と冷媒流量Ｇｒとが相関関係を有していることから、本実施形態では、図６に示すように、Ｓ１００では、送風量が所定送風量未満であるか否か判定して間接的に冷媒流量Ｇｒが所定流量Ｇ１未満であるか否かを判定する。
【００３７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では可変容量型の圧縮機を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば固定容量型の圧縮機を採用してもよい。なお、この場合には、吐出容量を変化させることができないので、圧縮機１を停止させる、又は回転数を低下させる等して大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替える必要がある。
【００３８】
また、上述の実施形態では、最大（１００％）容量運転と最小（０％）容量運転とを１０秒毎に切り換えたが、本発明は、「冷媒流量Ｇｒが所定流量Ｇ１未満となる状態が所定時間継続したときに、強制的に流量を増減させるものであるので、その吐出容量又は流量は、最大と最小とに限定されるものではない。
【００３９】
また、冷媒流量Ｇｒは質量流量に限定されるものではなく、体積流量に判定してもよい。
【００４０】
また、冷媒流量Ｇｒの計測方法は、上述の実施形態に示された方法に限定されうものではない。
【００４１】
また、上述の実施形態では、送風機６ａ、６ｂによりシングル運転とデュアル運転とを切り換えたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電磁弁等のバルブにより冷媒流れそのものを制御してシングル運転とデュアル運転とを切り換えてもよい。
【００４２】
また、上述の実施形態では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い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の制御フローを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態に係る制御の特徴を示す特性図である。
【図４】制御電流（吐出容量）及び吐出圧ｐｄと冷媒流量Ｇｒとの関係を示す特性図である。
【図５】圧縮機に戻ってくる冷凍機油量及びオイル循環率と冷媒流量Ｇｒとの関係を示す図である
【図６】本発明の第２実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…凝縮器、３…レシーバ、４ａ、４ｂ…減圧器（膨脹弁）、
５ａ、５ｂ…蒸発器、６ａ、６ｂ…送風機。

Claims

第１、２蒸発器（５ａ、５ｂ）、放熱器（２）、減圧手段（４ａ、４ｂ）及び圧縮機（１）を備える蒸気圧縮式冷凍機であって、
循環する冷媒流量が所定流量（Ｇ１）未満となる状態が所定時間継続したときに、大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替える流量切替制御手段（Ｓ１３０）を有し、
前記所定流量（Ｇ１）は、前記第１、２蒸発器（５ａ、５ｂ）の両者で吸熱能力を発生させるときと前記第１、２蒸発器（５ａ、５ｂ）のうちいずれか一方の蒸発器のみで吸熱能力を発生させるときとで相違することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
前記圧縮機（１）は、吐出容量を変化させることができる可変容量型圧縮機であり、
前記流量切替制御手段（Ｓ１３０）は、吐出容量を変化させることにより大冷媒流量状態と小冷媒流量状態とを強制的に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
前記圧縮機（１）の吐出容量を最大とすることにより前記大冷媒流量状態とし、前記圧縮機（１）の吐出容量を最小とすることにより前記小冷媒流量状態とすることを特徴とする請求項２に記載の蒸気圧縮式冷凍機。