JP6289403B2

JP6289403B2 - 冷媒不足判定装置、これを備えた冷凍サイクル、及び冷凍サイクルの冷媒不足判定方法

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Publication number: JP6289403B2
Application number: JP2015041885A
Authority: JP
Inventors: 浩之石野; 悟中島; 光彦赤星; 輝明辻
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: JP2016161244A

Description

本発明は、車両用空調装置等に用いられる冷凍サイクルの冷媒不足の有無を正確に判定する技術に関する。

車両用空調装置に用いられる冷凍サイクルは、サイクル内を循環する冷媒量が不足すると、以下のような不都合が生じる。
すなわち、サイクル内を循環する冷媒量が不足すると、
１．圧縮機から冷媒と共に吐出される潤滑油が圧縮機に十分に戻らなくなり、圧縮機内の潤滑油が不足して圧縮機の焼き付きが生じる、または、
２．蒸発器での吸熱効果が低下し、十分な冷却能力が得られなくなる。

そこで、従来においては、圧縮機を起動させる前に（冷凍サイクルを稼動させる前に）、サイクル内部の圧力を検出し、この検出冷媒圧が外気温によって決定される冷媒の飽和蒸気圧から所定範囲を超えて減少している場合に、冷凍サイクル内の冷媒量が不足しているとして、圧縮機を起動させないようにする技術が提案されている（特許文献１参照）。

このような技術は、冷凍サイクル内の冷媒量が圧縮機の焼き付きを誘発するほど不足している状態を検知する場合には有効であるが、圧縮機が焼き付きを起こさずに作動するものの蒸発器の冷却能力が低下して蒸発器で冷却された空気温度が目標温度から乖離してくる程度に冷凍サイクル内の冷媒量が少なくなっている状態を有効に検知することができない。

そこで、従来においては、蒸発器を通過した直後の空気温度が、蒸発器での蒸発圧力に基づいて決定される所定温度（目標温度）より高いときに、冷媒量の不足を判定する技術が提案されている（特許文献２参照）。また、外気温センサで検出された外気温度と高圧センサで検出された冷凍サイクルの高圧圧力とに基づき、検出された高圧圧力が外気温度によって決定される高圧圧力の適正範囲以下であれば、冷媒が漏れていると判定する技術も公知となっている（特許文献３参照）。

特開平２−７８８７４号公報特開平１０−１８５３７２号公報特開平６−１２３５２９号公報

しかしながら、蒸発器を通過した直後の空気温度と目標温度との乖離をもって冷媒量の不足を判定する従来構成（特許文献２で示す構成）においては、冷凍サイクル内の冷媒量が適正であっても冷媒量が不足していると誤判定される場合がある。

この点を、冷凍サイクル内の冷媒量とサイクル稼動時の蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）との関係を示す図７を用いて説明すると、外気温度が低い低熱負荷時においては（外部の熱負荷が高くない場合には）、実線で示されるように、圧縮機が固定容量型である場合は、冷凍サイクル内の冷媒量が適正状態から徐々に減ってくると、それにほぼ比例してサイクル稼動時の蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）が高くなってくる。また、圧縮機が可変容量型である場合は、容量可変が可能な範囲にあっては、冷媒量が不足しても目標温度を維持することは可能であるが、冷媒量が容量可変で対応できなくなるほど減ってくると、冷媒量の減少にほぼ比例してサイクル稼動時の蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）が高くなってくる。したがって、熱負荷が高くない場合は、実際の蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）が目標温度から所定の許容範囲を超えて高くなった時点で警報を発令すれば、冷媒量の不足を的確に捉えることが可能となる。

しかしながら、外気温度が高い高熱負荷時においては（外部の熱負荷が高い場合には）、凝縮器での放熱量が不十分となり、冷凍サイクル内の冷媒量が適正であっても、蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）が目標温度に到達せず、破線で示すように、目標温度から所定の許容範囲を超えて高くなると、冷媒量の不足を示す警報が誤って発令される不都合がある。

これに対して、検出された高圧圧力が外気温度によって決定される高圧圧力の適正範囲以下である場合に冷媒が不足していると判定する構成を利用して冷凍サイクル内の冷媒量の不足の有無を判定する場合は、図８に示されるように行なわれる。

図８は、冷凍サイクル内の冷媒量とサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）との関係を示すものであるが、外気温度が低い低熱負荷時においては（外部の熱負荷が高くない場合には）、実線で示されるように、圧縮機が固定容量型である場合は、冷凍サイクル内の冷媒量が適正状態から徐々に減ってくると、それにほぼ比例してサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が外気温度から導かれる冷媒飽和圧力（冷媒量が適正時の冷媒飽和圧力）よりも低下してくる。また、圧縮機が可変容量型である場合は、容量可変が可能な範囲にあっては、冷媒量が不足しても冷媒量が適正時の飽和圧力を維持することは可能であるが、冷凍サイクル内の冷媒量が容量可変では対応できなくなるほど減ってくると、冷媒量の減少にほぼ比例してサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）も外気温度から導かれる冷媒飽和圧力（冷媒量が適正時の冷媒飽和圧力）よりも低下してくる。
したがって、熱負荷が高くない場合には、サイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が適正範囲を外れて低くなった時点で警報を発令すれば、冷媒量が不足していることを捉えることが可能となる。

また、外気温度が高い高熱負荷時においても（外部の熱負荷が高い場合には）、冷凍サイクル内の冷媒量が適正状態から徐々に減ってくると、圧縮機が固定容量型か可変容量型かに関わらず、破線で示されるように、それにほぼ比例してサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が外気温度から導かれる冷媒飽和圧力（冷媒量が適正時の冷媒飽和圧力）よりも低下してくるので、冷凍サイクル内の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が適正範囲を外れて低くなった時点で警報を発令すれば、冷媒量が不足していることを捉えることが可能となる。
したがって、この判定手法を用いれば、外気温度が高い高熱負荷時（外部の熱負荷が高い場合）においても、冷媒量の不足を示す警報が誤って発令される不都合がなくなる。

しかしながら、このような構成においては、熱負荷の変動による判定のばらつきは少なくなるものの、検出された高圧圧力が低い原因が冷媒の漏れ（冷媒量の不足）に起因するものであるのかそれ以外の要因に起因するものであるのか判然としない不都合がある。例えば、外気温センサは車両の前方に配置されることが多いところ、車両が停車したときにエンジンルームの熱風が外気温センサに伝わることがあり、その場合、外気温度から導かれる冷媒飽和圧力が高めに設定されることとなる。そして、冷媒の漏れが無いとしても、高圧側ラインの冷媒圧力から導かれる冷媒飽和圧力が適正範囲を外れて低くなったと看做して、冷媒量の不足を示す警報が誤って発令される確率が上昇する。また、高圧側ラインの冷媒圧力は、走行用エンジンの回転数、車両の速度、車両周囲の風向き等の要因により常に変動しており、冷媒量の不足を検知するうえで、精度は高くない。
このように、冷却能力が低下しているか否かの評価は、蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）に基づいて行なう方がより直接的である。

そこで、特許文献３においては、外気温センサの検出値と高圧センサの検出値とに基づき冷媒の過不足を複数回チェックし、チェック結果に基づいて冷媒減少傾向の有無を判定し、減少傾向であると判定された場合に、その判定結果を表示し、又は、警報を発する手法が提案されている。

しかし、このような手法によれば、冷媒漏れ（冷媒不足）の検出精度を向上できるが、外気温センサの検出値と高圧センサの検出値とに基づき冷媒の過不足を時間をおいて複数回チェックし、冷媒減少傾向の有無を判定する必要があるので、判定結果を得るまでに時間を要する不都合がある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクル内の冷媒量が適正であっても冷媒量が不足しているとの誤判定を防ぎ、また、時間をかけずに冷媒量の不足の有無を正確に判定することが可能な冷媒不足判定技術を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る冷媒不足判定装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置から流出する冷媒を蒸発する蒸発器と、を有する冷凍サイクルに用いられる冷媒不足判定装置であって、前記圧縮機と前記膨張装置との間の冷媒経路を流れる冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出器と、前記蒸発器の温度、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気温度を検出する蒸発器温度検出器と、被空調空間の外部の熱負荷を検出する外部熱負荷検出器と、前記被空調空間の内部の熱負荷を検出する内部熱負荷検出器と、前記被空調空間の制御温度を設定する温度設定器と、前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷、前記内部負荷検出器により検出された熱負荷、および前記温度設定器で設定された制御温度により、前記蒸発器、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気の目標温度を演算する目標温度演算手段と、前記蒸発器温度検出器により検出された温度と前記目標温度演算手段により演算された目標温度との差が第１の所定値以上となった場合に前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定する第１の判定手段と、前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和圧力と前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒の圧力である第２冷媒飽和圧力との差が第２の所定値以上となった場合に前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定する第２の判定手段と、前記第１の判定手段により前記冷凍サイクル内の冷媒量が不足していると仮判定され、且つ、前記第２の判定手段により前記冷凍サイクル内の冷媒量が不足していると仮判定された場合に、前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足判定を確定する冷媒不足判定確定手段と、を具備することを特徴としている。

したがって、第１の判定手段により、蒸発器温度検出器により検出された温度と目標温度設定手段により設定された目標温度との差が第１の所定値以上となって冷凍サイクル内の冷媒量の不足が仮判定され、また、第２の判定手段により、外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和圧力と冷媒圧力検出器により検出された冷媒の圧力である第２冷媒飽和圧力との差が第２の所定値以上となって冷凍サイクル内の冷媒量の不足が仮判定された場合に、冷媒不足判定確定手段によって冷凍サイクル内の冷媒量の不足判定が確定するので、冷凍サイクル内の冷媒量の不足の有無を、冷却能力に直接影響する蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）に基づく評価と、熱負荷の変動による判定のばらつきが少ない冷媒飽和圧力に基づく評価との両方から行なうことが可能となり、冷凍サイクル内の冷媒量が適正であっても不足していると誤判定されることを防ぐことが可能となる。

即ち、第１の判定手段によって冷凍サイクル内の冷媒量の不足が仮判定された状態においては、外部熱負荷が高い場合において、蒸発器温度検出器により検出された温度が目標温度に到達せず、誤判定する恐れがあるが、これに熱負荷の変動による判定のばらつきが少ない第２の判定手段による判定がさらに加味されるので、誤判定の恐れが無くなる。

また、第１の判定手段による判定も第２の判定手段による判定も時間を空けて行なう必要がないため、冷凍サイクル内の冷媒量の不足の有無の判定結果を時間をかけずに行なうことが可能となり、しかも、冷媒圧力検出器として冷媒の高圧側流路に配置される圧力センサ、蒸発器温度検出器として蒸発器又はその直後に配置されるサーモセンサ、外部熱負荷検出器として車両に搭載されている車室外温度センサ、内部熱負荷検出器として車両に搭載されている車室内温度センサなど、既存のセンサを流用できるので、追加部品を不要とすることも可能となる。

ここで、前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定する第２の判定手段は、前記第１冷媒飽和圧力に代えて前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和温度を用い、また、前記第２冷媒飽和圧力に代えて該第２冷媒飽和圧力から決定される第２冷媒飽和温度を用いるようにしてもよい。
飽和状態の冷媒は圧力と温度とが一義的に対応する関係にあるので、第２の判定手段において、飽和圧力のみならず飽和温度を用いることも可能であり、判定手段の設計自由度を広げることが可能となる。

また、前記被空調空間の外部の熱負荷の大きさに応じて前記第２の所定値の大きさを変更させるようにしてもよい。
このような構成においては、第２の判定手段の冷媒量の不足の有無を判定する閾値が、被空調空間の外部の熱負荷の大きさに応じて変更されるので、冷媒不足の有無の誤判定の可能性を一層なくすことが可能となる。

さらに、前記圧縮機を起動させる前の前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒圧力が所定の圧力値よりも低いか否かを判定する第３の判定手段を更に備え、前記第３の判定手段により前記圧縮機を起動する前の冷媒圧力が所定の圧力値よりも低いと判定された場合に、前記圧縮機を起動させないようにするとよい。
このような構成により、圧縮機が焼き付くほどの冷媒不足を圧縮機を稼動させる前に判定することができ、圧縮機が作動して焼き付く不都合を回避することが可能となる。

なお、上述した冷媒不足判定装置が用いられる圧縮機は、固定容量型であっても、可変容量型であってもよい。また、上述した冷媒不足判定装置は冷凍サイクルと一体化させるようにしてもよい。

また、上記課題を達成するために、本発明に係る冷凍サイクルの冷媒不足判定方法は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置から流出する冷媒を蒸発する蒸発器と、を有する冷凍サイクルと、前記圧縮機と前記膨張装置との間の冷媒経路を流れる冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出器と、前記蒸発器の温度、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気温度を検出する温度検出器と、被空調空間の外部の熱負荷を検出する外部熱負荷検出器と、前記被空調空間の内部の熱負荷を検出する内部熱負荷検出器と、前記被空調空間の制御温度を設定する温度設定器と、前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷、前記内部負荷検出器により検出された熱負荷、および前記温度設定器で設定された制御温度により、前記蒸発器、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気の目標温度を演算する目標温度演算手段と、を備えて構成される方法であって、前記蒸発器温度検出器により検出された温度と前記目標温度演算手段により演算された目標温度との差が第１の所定値以上と判定され、且つ、前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和圧力と前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒の圧力である第２冷媒飽和圧力との差が第２の所定値以上と判定された場合に、前記冷凍サイクル内の冷媒量が不足であると判定することを特徴としている。

ここで、前記第１冷媒飽和圧力に代えて前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和温度を用い、前記第２冷媒飽和圧力に代えて該第２冷媒飽和圧力から決定される第２冷媒飽和温度を用いてもよい。
また、誤判定の可能性を一層なくすために、前記被空調空間の外部の熱負荷の大きさに応じて前記第２の所定値の大きさを変更させるようにするとよい。

さらに、圧縮機の焼き付きを回避するために、前記圧縮機を起動する前の前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒圧力が所定の圧力値よりも低いと判定された場合に、前記圧縮機を起動させないようにするとよい。

以上述べたように、本発明によれば、蒸発器温度検出器により検出された温度と目標温度設定手段により設定された目標温度との差が第１の所定値以上となった場合に冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定し、また、外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和圧力（又は、第１冷媒飽和温度）と冷媒圧力検出器により検出された冷媒の圧力である第２冷媒飽和圧力（又は、第２冷媒飽和圧力から決定される第２冷媒飽和温度）との差が第２の所定値以上となった場合に冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定し、これら両方の仮判定がされた場合に、冷凍サイクル内の冷媒量の不足判定を確定するようにしたので、冷凍サイクル内の冷媒量が適正であっても不足していると誤判定することを防ぐことが可能となる。

また、第１の判定手段による判定と第２の判定手段による判定を同時に行なうことが可能であるので、冷凍サイクル内の冷媒量の不足の有無の判定結果を瞬時に行なうことが可能となり、短時間で冷媒量の不足の有無を正確に判定することが可能となる。

しかも、冷媒圧力検出器として冷媒の高圧側流路に配置される圧力センサ、蒸発器温度検出器として蒸発器サーモセンサ、外部熱負荷検出器として車室外温度センサ、内部熱負荷検出器として車室内温度センサなど、従来から用いているセンサを流用できるので、追加部品を不要とすることが可能となり、コストの増加を避けることが可能となる。

ここで、被空調空間の外部の熱負荷の大きさに応じて第２の所定値（第２の判定手段の前記冷媒量の不足を判定する閾値）の大きさを変更させることで、被空調空間の外部の熱負荷に応じて冷媒量の不足の有無を適切に判定することが可能となり、誤判定の可能性を一層なくすことが可能となる。

また、圧縮機を起動させる前の冷媒圧力が所定の圧力値よりも低い場合に、圧縮機を起動させないようにすることで、圧縮機が焼き付くほどの冷媒不足を圧縮機を起動させる前に判定でき、圧縮機が作動して焼き付く不都合を回避することが可能となる。

図１は、車両に搭載された冷凍サイクルの全体構成を示す図である図２は、冷凍サイクル内の冷媒量の不足を判定する処理フローである。図３は、冷凍サイクル内の冷媒量の変化に対する、サイクル稼動時の蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）の変化を示す特性線図である。図４は、冷凍サイクル内の冷媒量の変化に対する、サイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）の変化を示す特性線図である。図５は、冷凍サイクルの冷媒量の不足を判定する他の処理フローである。図６は、冷凍サイクル内の冷媒量の変化に対する、サイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒温度（冷媒飽和温度）の変化を示す特性線図である。図７は、冷凍サイクル内の冷媒量とサイクル稼動時の蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）との関係を示す特性線図であり、冷媒量の不足の有無を判定する従来の手法を説明する図である。図８は、冷凍サイクル内の冷媒量とサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）との関係を示す特性線図であり、冷媒量の不足の有無を判定する従来の手法を説明する図である。

以下、本発明の冷媒不足判定装置について、図面を参照して説明する。

図１には、車両に搭載される車両用空調装置の一例が示されている。
この車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット２と、冷凍サイクル３と、冷凍サイクル３を監視・制御する制御ユニット４とを有して構成されている。

ＨＶＡＣユニット２は、車両のエンジンルームとキャビンルームとを仕切るファイヤーボード（図示せず）よりも、キャビンルーム側に配置されるもので、空気流路が内部に形成された空調ケース２１を備え、この空調ケース２１に冷凍サイクル３の一部を構成する蒸発器３４やエンジンの冷却水を熱源とする図示しない加熱用熱交換器が収納されると共に、空気流路の蒸発器３４よりも上流側に送風機２２が配置されている。

そして、送風機２２よりも上流側には、空調ケース２１内に導入される空気の導入口を外気導入口と内気導入口とに切り替える図示しないインテークドアが配置されている。したがって、送風機２２の回転により、インテークドアによって選択された外気導入口または内気導入口を介して空調ケース内に空気が導入され、導入された空気は空気流路の下流側に圧送される。

冷凍サイクル３は、図示しない走行用エンジンからの動力を受けて回転する圧縮機３１と、この圧縮機３１によって圧縮された高温高圧の冷媒を放熱・凝縮する凝縮器３２と、この凝縮器３２によって冷却された冷媒を減圧して低温低圧の気液混合冷媒にする膨張装置３３と、この膨張装置３３から送られる低温低圧の気液混合冷媒を蒸発気化する前記空調ケース２１内に収容された蒸発器３４とを、この順で配管接続して構成されている。

圧縮機３１は、走行用エンジンの回転に伴ってベルト駆動されるプーリ３１ａを有し、該プーリ３１ａと圧縮機３１の回転軸とが電磁クラッチ３１ｂを介して接続・切断されることで、その駆動が制御される。また、圧縮機３１が可変容量型である場合には、この圧縮機３１の吐出容量を外部制御信号に基づいて制御する容量可変機構が設けられる。

したがって、圧縮機３１が稼動して冷凍サイクル３内の冷媒が圧縮機３１に吸引されて圧縮されると、圧縮機３１によって圧縮された冷媒は、凝縮器３２において放熱・凝縮して低温、高圧の冷媒となり、膨張装置３３において膨張して更に低温、低圧の冷媒となって蒸発器３４に供給され、この蒸発器３４において通過する空気から吸熱して蒸発し、しかる後に再び圧縮機３１に吸引される。

制御ユニット４は、図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）等を備え、圧縮機３１の電磁クラッチ３１ｂをオンオフ制御する制御信号を形成すると共に、冷凍サイクル３内の冷媒量を監視するようにしている。

即ち、冷凍サイクル３の高圧側ライン（圧縮機３１の吐出口から凝縮器３２を介して膨張装置３３に至る冷媒経路）の冷媒圧力（Ｐref）を検知する冷媒圧力検出センサ４１と、蒸発器３４のフィン間、又は、蒸発器３４の下流側直近に配置されて蒸発器３４の温度、又は、蒸発器３４を通過した直後の空気温度（Ｔev）を検出する蒸発器温度検出センサ４２と、外気温度（Ｔamb）を検出する外気温度検出センサ４３、車室内温度（Ｔinc）を検出する車室内温度検出センサ４４等の各センサからの信号や、操作パネル４５上の温度設定器４６の操作によって設定された設定温度（Ｔset）を入力し、メモリに与えられた所定のプログラムにしたがって各種入力信号を処理し、圧縮機３１の電磁クラッチ３１ｂを駆動回路４７を介してオンオフ制御すると共に、冷凍サイクル３内の冷媒量を監視するようにしている。
ここで、冷媒圧力検出センサ４１により検知される高圧側ラインの圧力は、例えば、圧縮機３１の吐出口と凝縮器３２との間や凝縮器３２と膨張装置３３との間の配管に設けられた圧力センサにより検出するとよい（この例では、凝縮器３２と膨張装置３３との間の配管に設けられている）。

本発明に係る冷媒不足判定装置は、車両用空調装置や車両に搭載されている上述した既存の各種センサや温度設定器４６からの情報に基づき、冷凍サイクル３とは別体に設けられた、又は、冷凍サイクル３と一体化された制御ユニット４により、以下のような処理を行う装置として構成されている。

図２において、制御ユニット４による処理例がフローチャートとして示され、以下、このフローチャートに基づき、圧縮機３１の制御動作、及び、冷凍サイクル３の冷媒量の不足判定について説明する。

ここで示す処理例は、イグニッションスイッチが投入された後に所定の初期設定を経て実行されるもので、先ず、ステップ５０において、冷媒圧力検出センサ４１で検出された高圧側ラインの冷媒圧力（冷凍サイクルの停止時の平衡状態にある場合の冷媒圧）Ｐrefが、許容できる所定の冷媒圧γより低くなっているか否かを判定する。このステップ５０において、Ｐrefが所定の冷媒圧γより低くなっている場合には、冷凍サイクル３内の冷媒量が許容できない程度まで減っているので、このまま圧縮機３１を起動させると、圧縮機３１が焼き付く恐れがあるため、冷媒不足であることを示す警報を発信して注意喚起を行い（ステップ５２）、圧縮機３１を稼動させずに停止状態を維持する（ステップ５４）。

これに対して、このステップ５０において、高圧側ラインの冷媒圧力Ｐrefが所定圧力γ以上であると判定された場合には、圧縮機３１を稼動させても焼き付きの恐れがないため、圧縮機３１を起動し（ステップ５６）、蒸発器温度検出センサ４２で検出された温度Ｔevと目標温度Ｔoとの差が所定値：α以上であるか否か（Ｔev−Ｔo≧α）を判定する（ステップ５８）。

なお、目標温度Ｔoは、例えば、下記の（１）式において演算されるもので、外気温度検出センサ４３により検出された外気温度（Ｔamb）、車室内温度検出センサ４４により検出された車室内温度（Ｔinc）、および温度設定器４６を介して設定された設定温度（Ｔset）により演算された蒸発器、又は、蒸発器を通過した直後の空気の目標温度である。
Ｔo＝Ａ・Ｔset＋Ｂ・Ｔamb＋Ｃ・Ｔinc＋Ｄ・・・・（１）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれの信号の重み付けの演算定数であり、Ｄは補正項である。このように目標温度Ｔoは、外気温度検出センサ４３により検出された外気温度（Ｔamb）だけでなく、車室内温度（Ｔinc）や設定温度（Ｔset）も用いて演算されるものなので、仮にエンジンルームの熱風が外気温度検出センサ４３に伝わり外気温度検出センサ４３が正確な外気温度を検出しない場合であっても、正確な温度からの逸脱量は限定的なものとなる。

このステップ５８は、冷凍サイクル３内の冷媒量の不足を仮判定する第１の判定手段を構成するもので、冷凍サイクル３の冷媒量の不足を蒸発器温度検出センサ４２で検出された温度Ｔevに基づき評価しようとするものである。

即ち、図３に示されるように、冷凍サイクル３内の冷媒量とサイクル稼動時の蒸発器３４の温度（又は、蒸発器３４を通過した直後の空気温度）との関係を見ると、外部の熱負荷が高くない場合には、実線で示されるように、圧縮機３１が固定容量型である場合は、冷媒量が適正にある状態から徐々に減ってくると、それにほぼ比例してサイクル稼動時の蒸発器３４の温度（又は、蒸発器３４を通過した直後の空気温度）が高くなってくる。また、圧縮機が可変容量型である場合においても、容量可変が可能な範囲にあっては、冷媒量が不足しても目標温度Ｔoを維持することは可能であるが、冷媒量が容量可変で対応できなくなるほど減ってくると、冷媒量の減少にほぼ比例してサイクル稼動時の蒸発器３４の温度（又は、蒸発器３４を通過した直後の空気温度）が高くなってくる。したがって、熱負荷が高くない場合には、実際の蒸発器３４の温度（又は、蒸発器３４を通過した直後の空気温度）が目標温度Ｔoから所定の許容範囲：αを超えて高くなったか否かを判定すれば、冷媒量の不足の有無を捉えることが可能となる。

そこで、このステップ５８において、蒸発器温度検出センサ４２で検出された温度Ｔevと目標温度Ｔoとの差が第１の所定値：αより小さい場合には、蒸発器温度検出センサ４２で検出された温度の目標温度Ｔoからの乖離は許容範囲内であることから、冷凍サイクル３内の冷媒量は適正範囲内であるとみなして、正常状態であることを示す表示等を行なう等の正常時のオペレーションを継続する（ステップ６０）。

しかしながら、外気温度が高い高熱負荷時においては（外部の熱負荷が高い場合には）、凝縮器３２での放熱量が不十分となり、冷凍サイクル３内の冷媒量が適正であっても、蒸発器３４の温度（又は、蒸発器３４を通過した直後の空気温度）が目標温度Ｔoに到達せず、破線で示すように、目標温度Ｔoから所定の許容範囲：αを超えて高くなると、誤って冷媒量が不足していると判定される恐れがある。

そこで、ステップ５８において、蒸発器温度検出センサ４２で検出された温度Ｔevと目標温度Ｔoとの差が第１の所定値：α以上であると判定された場合には、冷凍サイクル３内の冷媒量が不足している可能性はあるものの、この判定結果が冷凍サイクル３の冷媒量の不足に起因するものであるのか、熱負荷に起因するものであるのか判然としないので、この段階では冷凍サイクルの冷媒量が不足であるとの判定を確定せず、ステップ６２へ進む。

ステップ６２においては、外気温度検出センサ４３により検出された外気温（Ｔamb）から導かれる冷媒飽和圧力（第１冷媒飽和圧力Ｐ_HL）と冷媒圧力検出センサ４１により検出された高圧側ラインの冷媒の圧力（圧縮機が稼働している状態にある場合の高圧側ラインの冷媒圧であって、第２冷媒飽和圧力Ｐsa）との差が第２の所定値：β1以上であるか否か（Ｐ_HL−Ｐsa≧β1）を判定する（ステップ６２）。

このステップ６２は、冷凍サイクル３内の冷媒量の不足を仮判定する第２の判定手段を構成するもので、冷凍サイクル３の冷媒量の不足を冷媒圧力検出センサ４１で検出された冷凍サイクル３の高圧側ラインの圧力Ｐsaに基づき評価しようとするものである。

即ち、図４に示されるように、冷凍サイクル３内の冷媒量とサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力との関係を見ると、外気温度が低い低熱負荷時においては（外部の熱負荷が高くない場合には）、実線で示されるように、圧縮機が固定容量型である場合は、冷凍サイクル内の冷媒量が適正状態から徐々に減ってくると、それにほぼ比例してサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が外気温度から導かれる冷媒飽和圧力（冷媒量が適正時の冷媒飽和圧力）よりも低下してくる。また、圧縮機が可変容量型である場合においても、容量可変が可能な範囲にあっては、冷媒量が不足しても冷媒量が適正時の飽和圧力を維持することは可能であるが、冷凍サイクル内の冷媒量が容量可変では対応できなくなるほど減ってくると、冷媒量の減少にほぼ比例してサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）も外気温度から導かれる冷媒飽和圧力（冷媒量が適正時の冷媒飽和圧力）よりも低下してくる。したがって、熱負荷が高くない場合には、サイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が適正範囲：β１を外れて低くなったか否かを判定すれば、冷媒量の不足の有無を捉えることが可能となる。

また、外気温度が高い高熱負荷時においても（外部の熱負荷が高い場合においても）、冷凍サイクル内の冷媒量が適正状態から徐々に減ってくると、破線で示されるように、それにほぼ比例してサイクル稼動時の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が外気温度から導かれる冷媒飽和圧力（冷媒量が適正時の冷媒飽和圧力）よりも低下してくるので、冷凍サイクル３内の高圧側ラインの冷媒圧力（冷媒飽和圧力）が適正範囲：β１を外れて低くなったか否かを判定すれば、冷媒量の不足の有無を捉えることが可能となる（熱負荷の変動によって判定にばらつきが生じることがなくなる）。

そこで、このステップ６２において、外気温度検出センサ４３により検出された外気温Ｔambから導かれる冷媒飽和圧力（第１冷媒飽和圧力Ｐ_HL）と冷媒圧力検出センサ４１により検出された高圧側ラインの冷媒圧力（第２冷媒飽和圧力Ｐsa）との差が第２の所定値：β1より小さいと判定された場合には、高圧側ラインの冷媒圧力Ｐsaが、外気温度検出センサ４３により検出された外気温Ｔambから導かれる冷媒飽和圧力Ｐ_HLから乖離していても許容範囲内であることから、ステップ５８で蒸発器温度検出センサ４２で検出された温度Ｔevと目標温度Ｔoとの差が第１の所定値：α以上であると判定されたにも拘らず、この判定結果は冷媒量の不足に起因するものではないことが確認できたので、冷凍サイクル内の冷媒量は適正範囲内であると判定し、正常時のオペレーションを継続する（ステップ６０）。

これに対して、ステップ６２において、外気温度検出センサ４３により検出された外気温から導かれる冷媒飽和圧力（第１冷媒飽和圧力Ｐ_HL）と冷媒圧力検出センサ４１により検出された高圧側ラインの冷媒の圧力（第２冷媒飽和圧力Ｐsa）との差が所定値：β1以上であると判定された場合には、車室外の熱負荷から導かれた冷媒飽和圧力と高圧側ラインの実際の冷媒圧力との差に基づいて冷媒量の不足の有無を判定した場合でも、冷凍サイクル内の冷媒不足があると判定された場合であるので、冷凍サイクル内の冷媒量が不足していることは間違いないと看做して、冷媒量が不足しているとの判定を確定し（ステップ６４）、前記操作パネル４５に冷媒不足であることを表示したり搭乗者に対して冷媒不足であることを示す警報を発信したりする等の注意喚起を行う（ステップ６６）。

したがって、以上の冷媒不足判定装置によれば、ステップ５８において、蒸発器温度検出センサ４２で検出された温度Ｔevと目標温度Ｔoとの乖離があった場合でも、必ずしも冷凍サイクル３の冷媒量の不足に起因しているとは言えない場合があることから、ステップ６２において、熱負荷の変動による判定のばらつきが少ない冷媒飽和圧力に基づく判定（車室外の熱負荷に基づいて決定される冷媒飽和圧力からの高圧側ラインの冷媒圧力の乖離状態に基づく冷媒量の不足の有無の判定）を加味して冷媒不足の有無を再度確認し、いずれの判定においても冷媒不足の条件を満たした場合に、冷媒不足であるとの判定を確定するようにしたので、誤判定をなくすことが可能となる。

また、上述の構成においては、冷凍サイクル３内の冷媒量が不足しているか否かを判定するにあたり、冷却能力に直接影響する蒸発器の温度、又は、蒸発器を通過した直後の空気温度に基づいて評価する判定（ステップ５８の第１の判定手段による判定）を先に行い、その後、冷凍サイクル３の高圧側ラインの圧力に基づいて評価する判定（ステップ６２の第２の判定手段による判定）を行なって第１の判定手段による判定の適否を確認するようにしたので、蒸発器による冷却能力から評価した判定結果を重視しつつ、その判定結果を過信することによる不都合を回避できる。仮に、第１の判定手段による判定と第２の判定手段による判定との順序を逆とし、ステップ６２の第２の判定手段による判定を先に行い、その後、ステップ５８の第１の判定手段による判定を行って第２の判定手段による判定の適否を確認するようにすると、冷却能力に直接影響せず、車両や周囲の環境により常に変動する高圧側ラインの冷媒圧力に基づいた判定結果を重視することになるので、冷媒量の不足を高い精度で判定することができない不都合がある。
したがって、本発明では、乗員に対する注意喚起がなされる場合でも、冷凍サイクル内の冷媒量の不足を冷却能力の不足によって捉える点を基準としているので、高い精度で判定することができ、かつ、乗員の感覚に沿ったものとなる。

さらに、冷媒量の不足判定を行なうに当たり、蒸発器の温度（又は、蒸発器を通過した直後の空気温度）に基づく評価と、冷凍サイクルの高圧側ラインの圧力（冷媒飽和圧力）に基づく評価とは、時間を空けて行なう必要がないため、冷凍サイクル内の冷媒量の不足の有無の判定結果を時間をかけずに行なうことが可能となる。
しかも、冷媒量の不足判定を行なうにあたり、既存のセンサ（冷媒圧力検出センサ４１、蒸発器温度検出センサ４２、外気温度検出センサ４３、車室内温度検出センサ４４）を用いて対応できるので、新たなセンサの追加が不要となり、コストをかけずに冷媒量の不足の有無の正確な判定が可能となる。

なお、以上の構成のおいては、第２の判定手段であるステップ６２において、外気温度検出センサ４３により検出された外気温から導かれる冷媒飽和圧力（第１冷媒飽和圧力）と冷媒圧力検出センサ４１により検出された高圧側ラインの冷媒の圧力（第２冷媒飽和圧力）との差が所定値：β1以上であると判定された場合に、冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定するようにしているが、冷媒飽和圧力と冷媒飽和温度とは一義的に対応する関係にあるので、図５及び図６に示されるように、外気温度検出センサ４３により検出された外気温から導かれる冷媒飽和圧力（第１冷媒飽和圧力）に代えて外気温度検出センサ４３により検出された外気温から導かれる冷媒飽和温度（第１冷媒飽和温度）Ｔ_HLを用い、冷媒圧力検出センサ４１により検出された高圧側ラインの冷媒の圧力（第２冷媒飽和圧力）に代えて該第２冷媒飽和圧力Psaから決定される第２冷媒飽和温度Tsaを用いるようにしてもよい。

即ち、図５に示されるステップ６２を、外気温度検出センサ４３により検出された外気温から導かれる冷媒の飽和温度（第１冷媒飽和温度Ｔ_HL）と冷媒圧力検出センサ４１により検出された高圧側ラインの冷媒の圧力から決定される冷媒の飽和温度（第２冷媒飽和温度Tsa）との差が所定値：β2以上であると判定された場合には、冷媒量が不足していると仮判定し、前記ステップ５８において冷媒量が不足していると仮判定されていることを前提として、冷凍サイクル３の冷媒量が不足しているとの判定を確定し（ステップ６４）、前記操作パネル４５に冷媒不足であることを表示したり、搭乗者に対して冷媒不足であることを示す警報を発信したりする等の注意喚起を行うようにしてもよい（ステップ６６）。

また、以上の構成においては、冷媒量の不足を仮判定する閾値（β１及びβ２）を車室外の熱負荷の大きさに拘らず所定値として設定した例を示したが、車室外の熱負荷の大きさに応じて閾値の大きさを変更させるようにしてもよい。例えば、車室外の熱負荷が大きいほど、閾値（β１及びβ２）を小さく設定すれば、冷房機能が重要な高い熱負荷のときに、冷媒量の不足をより精度よく検知することができる。このように外部の熱負荷に応じてそれぞれの閾値を可変させることで、冷媒不足の有無の判定をより正確に行なうことが可能となり、誤判定の可能性を一層低減することが可能となる。

３冷凍サイクル
３１圧縮機
３２凝縮器
３３膨張装置
３４蒸発器
４１冷媒圧力検出センサ
４２蒸発器温度検出センサ
４３外気温度検出センサ
４４車室内温度検出センサ
４６温度設定器

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置から流出する冷媒を蒸発する蒸発器と、を有する冷凍サイクルに用いられる冷媒不足判定装置であって、
前記圧縮機と前記膨張装置との間の冷媒経路を流れる冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出器と、
前記蒸発器の温度、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気温度を検出する蒸発器温度検出器と、
被空調空間の外部の熱負荷を検出する外部熱負荷検出器と、
前記被空調空間の内部の熱負荷を検出する内部熱負荷検出器と、
前記被空調空間の制御温度を設定する温度設定器と、
前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷、前記内部負荷検出器により検出された熱負荷、および前記温度設定器で設定された制御温度により、前記蒸発器、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気の目標温度を演算する目標温度演算手段と、
前記蒸発器温度検出器により検出された温度と前記目標温度演算手段により演算された目標温度との差が第１の所定値以上となった場合に前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定する第１の判定手段と、
前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和圧力と前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒の圧力である第２冷媒飽和圧力との差が第２の所定値以上となった場合に前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定する第２の判定手段と、
前記第１の判定手段により前記冷凍サイクル内の冷媒量が不足していると仮判定され、且つ、前記第２の判定手段により前記冷凍サイクル内の冷媒量が不足していると仮判定された場合に、前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足判定を確定する冷媒不足判定確定手段と、
を具備することを特徴とする冷媒不足判定装置。
前記冷凍サイクル内の冷媒量の不足を仮判定する第２の判定手段は、前記第１冷媒飽和圧力に代えて前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和温度を用い、前記第２冷媒飽和圧力に代えて該第２冷媒飽和圧力から決定される第２冷媒飽和温度を用いることを特徴とする請求項１記載の冷媒不足判定装置。
前記被空調空間の外部の熱負荷の大きさに応じて前記第２の所定値の大きさを変更させることを特徴とする請求項１又は２記載の冷媒不足判定装置。
前記圧縮機を起動する前の前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒圧力が所定の圧力値よりも低いか否かを判定する第３の判定手段を更に備え、
前記第３の判定手段により前記圧縮機を起動する前の冷媒圧力が所定の圧力値よりも低いと判定された場合に、前記圧縮機を起動させないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷媒不足判定装置。
前記圧縮機は、固定容量型であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷媒不足判定装置。
前記圧縮機は、可変容量型であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷媒不足判定装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の冷媒不足判定装置を備えた冷凍サイクル。
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置から流出する冷媒を蒸発する蒸発器と、を有する冷凍サイクルと、
前記圧縮機と前記膨張装置との間の冷媒経路を流れる冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出器と、
前記蒸発器の温度、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気温度を検出する温度検出器と、
被空調空間の外部の熱負荷を検出する外部熱負荷検出器と、
前記被空調空間の内部の熱負荷を検出する内部熱負荷検出器と、
前記被空調空間の制御温度を設定する温度設定器と、
前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷、前記内部負荷検出器により検出された熱負荷、および前記温度設定器で設定された制御温度により、前記蒸発器、又は、前記蒸発器を通過した直後の空気の目標温度を演算する目標温度演算手段と、
を備えて構成される前記冷凍サイクルの冷媒不足判定方法であって、
前記蒸発器温度検出器により検出された温度と前記目標温度演算手段により演算された目標温度との差が第１の所定値以上と判定され、且つ、前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和圧力と前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒の圧力である第２冷媒飽和圧力との差が第２の所定値以上と判定された場合に、前記冷凍サイクル内の冷媒量が不足であると判定することを特徴とする冷凍サイクルの冷媒不足判定方法。
前記第１冷媒飽和圧力に代えて前記外部熱負荷検出器により検出された熱負荷から導かれる第１冷媒飽和温度を用い、前記第２冷媒飽和圧力に代えて該第２冷媒飽和圧力から決定される第２冷媒飽和温度を用いることを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクルの冷媒不足判定方法。
前記被空調空間の外部の熱負荷の大きさに応じて前記第２の所定値の大きさを変更させることを特徴とする請求項８又は９記載の冷凍サイクルの冷媒不足判定方法。
前記圧縮機を起動させる前の前記冷媒圧力検出器により検出された冷媒圧力が所定の圧力値よりも低いと判定された場合に、前記圧縮機を起動させないことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の冷凍サイクルの冷媒不足判定方法。