JP5667132B2 - 自動車で使用するための冷凍回路の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は自動車で使用するための冷凍回路の制御方法に関し、この冷凍回路は冷媒圧縮機と、少なくとも１台の凝縮器と、少なくとも１台の調節される膨張弁と、少なくとも１台の蒸発器と、少なくとも１台の内部熱交換器とを備える。冷媒圧縮機は出力部側で加圧ラインに、入力部側で吸入ラインに接続される。ここで、調節される膨張弁は、制御変数として吸入ラインの検出領域における温度ｔ_Eを有する。

この種の冷凍回路は十分に知られている。この種の冷凍回路の構造の最も簡単なタイプでは、加圧ラインが圧縮機の出力部から伸び、凝縮器を通り、膨張弁の入力部に至る。膨張弁において圧力が低減される。従って吸入ラインが膨張弁の出力部に接続され、蒸発器を通って延伸し、圧縮機の入力部で終端する。圧縮機は冷媒の状態を圧力および温度に関して変化させる。この場合、蒸気性の冷媒が非常に過熱されるため、圧縮機の出力部の温度は凝縮器内の凝縮温度より高い。凝縮器の入口において、冷媒は依然として非常に過熱された状態である。凝縮器は熱を周囲環境へ放出する。従って冷媒は凝縮器の出口では液状である。冷媒は特定の凝縮温度と特定の凝縮圧力を有し、それらは飽和温度および飽和圧力と呼ばれる。凝縮器の出口において、液体は過冷却される。すなわち、飽和温度より低い温度まで冷却される。膨張弁において、冷媒の状態はさらに変化する。ここで実行される圧力低減のため、冷媒は沸騰し始める。圧縮機の入口において、冷媒は液体状態と蒸気状態が混合した状態にある。蒸発器内で冷媒は熱を吸収し、従って蒸発器の出口において蒸気状態であり、このようにして、圧縮機によって吸入ラインに吸入される。圧縮機の損傷を回避するために、蒸発器の出口の冷媒は過熱された気相状態でなければならない。冷媒が蒸発器の出口で過熱状態にあることを確実にする１つの手段は、膨張弁を、調節される膨張弁として具現化することと関連している。この場合、膨張弁は制御変数として蒸発器の出口における温度ｔ_Eを有する。従って冷媒が非常に過熱された状態にある場合、すなわち高温ｔ_Eである場合、蒸発器に注入される冷媒が少なすぎ、冷媒の質量流量は増加し得る。反対に、蒸発器の出力部における過熱状態の温度に対して検出器温度が低下した時、弁の開口は小さくなる。この種の冷凍回路を効果的に改善する１つの手段は、内部熱交換器を加圧ラインおよび吸入ラインに設けることと関連している。この内部熱交換器によって、高圧下に冷却された冷媒が膨張弁に送られ、過熱された膨張冷媒が圧縮機に送られる。従って凝縮される冷媒はさらに過冷却され、その結果、膨張後の冷媒中の液体の比率は上昇し、ゆえにより多くの液体冷媒が蒸発に利用できる。従って内部熱交換器によって冷凍能力が向上し、また冷凍回路の効率も向上する。

効率を改善することによって、圧縮機の動力消費量の低減をもたらすことができる。これはひいては燃料消費量および排出物の低減を達成できるという効果がある。所要動力の低減によって、より小型の圧縮機の使用が可能になり得る。

従って本発明の目的は、効率をさらに改善する、自動車で使用するための冷凍回路の制御方法を提供することである。

上記の目的は、調節される膨張弁の検出領域が内部熱交換器の吸入側出力部に配置されるという事実によって達成される。このことにより、気体状の冷媒だけが圧縮機の入力部に存在することが確実になる。他方、冷媒が蒸発器の出力部で依然として混合／蒸気状態にあることがさらに可能になる。内部熱交換器を通過して初めて冷媒は気体状態となる。このようにして、冷媒をさらなる程度に過冷却することができ、それによって蒸発器内での熱放出を改善することが可能になる。これはひいては効率上良い効果をもたらす。さらに本発明による冷凍回路により、冷媒の冷凍能力が蒸発器全体にわたって均質に分配されることが確実になる。その理由は、冷媒は蒸発器領域全体において湿り蒸気状態にあるからである。

有利な実施形態において、調節される膨張弁はサーモスタット形膨張弁として具現化され、吸入ラインの一部である制御ラインによって内部熱交換器の出力部に接続される。

第２の有利な実施形態において、調節される膨張弁はサーモスタット形膨張弁として具現化され、検出器構成を備え、その検出器は検出領域に配置される。

本発明は図面を参照して以下でより詳細に説明される。

本発明による冷凍回路を概略的に示す。 図１に従う冷凍回路の圧力−エンタルピー図を簡略的に示す。

図１は本発明による冷凍回路を概略的に示す。図１は図２において圧力−エンタルピー図を参照してより詳細に説明される。冷凍回路は加圧ライン４と吸入ライン６とを有する。加圧ライン４は圧縮機８の出力部を起点とする。圧縮機８は冷媒を凝縮圧力Ｐ_Vまで圧縮する。これは図２の状態変化Ａによって示される。冷媒は凝縮圧力Ｐ_Vで凝縮器１０まで送られる。凝縮器１０において冷媒は熱を放出する。その結果冷媒は凝縮器１０の出力部で液体であり、凝縮温度ｔ_Vを有する。この状態の変化は図２においてＢによって示される。

凝縮器１０から、冷媒は内部熱交換器１２に送られ、内部熱交換器１２で加圧ライン４内の冷媒は、吸入ライン６内の冷媒へ熱を放出する。これは圧力−エンタルピー図において状態変化Ｃによって示される。内部熱交換器１２から、冷媒は調節される膨張弁１４に圧力Ｐ_Vで送られる。膨張弁１４の制御については、完全な冷凍回路の説明のあとで、以下でより詳細に説明される。

膨張弁１４において、冷媒の状態は、圧力がＰ₀に低減され、温度が温度ｔ₀に低下するように変化する。次に冷媒は沸騰し始め、その際湿り蒸気領域と呼ばれる領域にある。これは図２において状態変化Ｄによって示される。

膨張弁１４の出力部から吸入ライン６が始まる。吸入ライン６で冷媒は蒸発器１６に送られ、蒸発器１６内で冷媒はさらなる程度まで蒸発し、熱を吸収する。従来技術と対照的に、これは一定の温度ｔ₀および一定の圧力Ｐ₀で起こる。蒸発器１６の出力部１７において、冷媒は依然として湿り蒸気領域にあり、従来技術で一般的なように、温度がすでに高温になっているであろう過熱状態ではない。蒸発器における熱吸収の状態は図２においてＥによって示されている。冷媒は次に内部熱交換器１２を通過し、加圧ライン４内の冷媒から熱を吸収し、従って過熱される。これは図２において状態変化Ｆによって示される。冷媒は次に吸入ライン６を経由して膨張弁１４を通り圧縮機８の入力部へ送られ、それにより冷凍回路２を一周する。

本例において、内部熱交換器１２の出力部から膨張弁１４へ至る吸入ライン６の部分は、調節される膨張弁１４の制御ライン１８と呼ぶこともできる。それ自体が周知である膨張弁１４は、温度ｔ_E＝ｔ₀＋ｔ_xに応じて開口するように構成され、その開度、そして、これに応じて変化する冷媒の質量流量は、ｔ_xが上昇するにつれて同じように増大する。

適切な検出器構成が内部熱交換器１２の出力部に装備された状態で、吸入ライン６を内部熱交換器１２から直接圧縮機８へ繋ぐことも勿論可能である。前記検出器構成は熱交換器の出力部における温度ｔ_Eを、特に、調節される膨張弁１４へ適切な方法で伝える。

２ 冷凍回路
４ 加圧ライン
６ 吸入ライン
８ 圧縮機
１０ 凝縮器
１２ 内部熱交換器
１４ 調節される膨張弁
１６ 蒸発器
１７ 出力部
１８ 制御ライン
２０ 検出領域

Claims (3)

1. 自動車で使用するための冷凍回路の制御方法であって、冷媒圧縮機（８）と、少なくとも１台の凝縮器（１０）と、少なくとも１台の調節される膨張弁（１４）と、少なくとも１台の蒸発器（１６）と、少なくとも１台の内部熱交換器（１２）とを備え、前記冷媒圧縮機（８）は出力部側で加圧ライン（４）に、入力部側で吸入ライン（６）に接続され、前記調節される膨張弁（１４）は、制御変数として、前記吸入ライン（６）の検出領域（２０）における温度ｔ_Eを有し、前記検出領域（２０）が前記内部熱交換器（１２）の出力部に配置された冷凍回路において、
   前記調節される膨張弁（１４）の開度を前記温度ｔ _E に応じて調節することにより、前記蒸発器（１６）を通過する冷媒が気液混合の湿り蒸気状態となるように、且つ、前記冷媒圧縮機（８）に流入される冷媒が気体状態となるように前記内部熱交換器（１２）を通過する冷媒流量を制御するステップを含むことを特徴とする冷凍回路の制御方法。
2. 前記調節される膨張弁（１４）がサーモスタット形膨張弁として具現化され、前記吸入ライン（６）の一部である制御ライン（１８）によって前記内部熱交換器（１２）の出力部に接続されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍回路の制御方法。
3. 前記調節される膨張弁（１４）が検出器構成を備えたサーモスタット形膨張弁として具現化され、その検出器が前記検出領域（２０）に配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍回路の制御方法。

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