JPH0244153A - 車両用冷凍サイクル制御装置 - Google Patents

車両用冷凍サイクル制御装置

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JPH0244153A
JPH0244153A JP19396288A JP19396288A JPH0244153A JP H0244153 A JPH0244153 A JP H0244153A JP 19396288 A JP19396288 A JP 19396288A JP 19396288 A JP19396288 A JP 19396288A JP H0244153 A JPH0244153 A JP H0244153A
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JP
Japan
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refrigerant
boiling point
low boiling
low
point refrigerant
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JP19396288A
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English (en)
Inventor
Toshio Hirata
平田 敏夫
Kenji Ogura
健二 小椋
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、車両用空調システム等の冷凍サイクルに係り
、特に、当該冷凍サイクルの制御に適した車両用冷凍サ
イクル制御装置に関する。
(従来技術) 従来、例えば、車両用空調システムの冷凍サイクル制御
装置においては、単一冷媒或いは共沸混合冷媒を冷媒と
して採用し、この冷媒をコンプレッサにより圧縮した後
コンデンサにより凝縮し、かつこの凝縮冷媒を低温低圧
の冷媒に変換した後エバポレータに流入させて、車室内
に吹出すべき空気流をエバポレータによりその流入冷媒
に応じて冷却するようにしたものがある。
(発明が解決しようとする課題) しかし、このような構成においては、コンプレッサ、コ
ンデンサ及びエバポレータを循環する冷媒の量が常に一
定であるため、空調システムとしての最大冷房能力は、
同空調システムの機種により一義的に定まる値しか得ら
れなかった。従って、空調システムの始動時において急
速な冷房が必要とされても、十分な冷房能力を確保する
ことが困難であった。
これに対しては、コンプレッサの容量制御或いは回転数
制御を行うことも考えられるが、空調システムとしての
構成が複雑になるという不具合がある。また、特開昭6
1−66054号公報に示されているように、低沸点冷
媒と高沸点冷媒の二成分からなる非共沸混合冷媒を冷媒
として採用し、コンプレッサ、コンデンサ及びエバポレ
ータを循環する非共沸混合冷媒の成分調整を分離器によ
り行って、冷房能力範囲を拡大することも考えられる。
しかし、かかる構成は、外気温が低いとき(つ暖房能力
向上を主目的とする故、これをそのまま車両用空調シス
テムに適用しても、冷媒循環量が不足するとともに循環
冷媒の成分調整時間が長過ぎて、所要の冷房能力の確保
及び冷房能力の拡大が困難である。
そこで、本発明は、このようなことに対処すべく、車両
用冷凍サイクル制御装置において、冷媒として、非共沸
混合冷媒を採用し、冷媒サイクルを循環すべき非共沸混
合冷媒の成分調整を迅速に行うとともに、低沸点冷媒と
高沸点冷媒の各冷却能力を有効に活用して、被冷却体の
冷却を常に適切に行うようにしようとするものである。
(課題を解決するための手段) かかる課題の解決にあたり、本発明の構成上の特徴は、
第1図において例示するごとく、非共沸混合冷媒を圧縮
冷媒として圧縮する圧縮手段1と、前記圧縮冷媒を凝縮
する凝縮手段2と、前記凝縮冷媒を気相成分と液相成分
に分離する気液分離手段3と、前記液相成分を低温低圧
の冷媒として付与されて被冷却体に向け吹出すべき空気
流を冷却するとともに前記冷媒を圧縮手段1に還流する
蒸発手段4とを備え、かつ気液分離手段3から気相成分
を付与されて前記低沸点冷媒を分離する精留手段5と、
気液分離手段3からの液相成分の一部を分流されて低温
低圧の冷媒に変換する変換手段6と、この変換手段6に
より冷却された精留手段5からの低沸点冷媒を貯溜する
貯溜手段7と、気液分離手段3から精留手段5への気相
成分の付与を選択的開成により許容する第1電気的開閉
手段5aと、貯溜手段7から圧縮手段1への低沸点冷媒
の還流を選択的開成により許容する第2電気的開成手段
7aと、蒸発手段4の冷却能力を通常状態に減少させる
とき、第2電気的開閉手段7aの閉成下にて第1電気的
開閉手段5aを開成した後前記低沸点冷媒の分離に要す
る時間の経過時に同第1電気的開閉手段5aを閉成し、
また蒸発手段4の冷却能力を増大させるとき第1電気的
開閉手段5aの閉成下にて第2電気的開閉手段7aを開
成するように制御する電気的制御手段8とを設けるよう
にしたことにある。
(作用) このように本発明を構成したことにより、蒸発手段4の
冷却能力を通常の状態に減少させるときには、電気的制
御手段8が第2電気的開閉手段7aの閉成下にて第1電
気的開閉手段5aを開成し、精留手段5が気液分離手段
3から気相成分を受けて低沸点冷媒を分離し、貯溜手段
7が、変換手段6により冷却された精留手段5からの低
沸点冷媒を貯溜し始める。かかる作用は、低沸点冷媒の
分離に要する時間の経過まで継続し電気的制御手段8に
よる第1電気的開閉手段5aの閉成によって終了する。
このことは、圧縮手段1、凝縮手段2、気液分離器3及
び蒸発手段4を循環する冷媒が高沸点冷媒のみとなるこ
とを意味する。
また、このような状態で蒸発手段4の冷却能力を増大さ
せるときには、電気的制御手段8が第1電気的開閉手段
5aの閉成下にて第2電気的開閉手段7aを開成し、貯
溜手段7が貯溜低沸点冷媒を圧縮手段1に還流させて同
圧縮手段1の循環冷媒を非共沸混合冷媒にする。
(効果) このように、非共沸混合冷媒中の低沸点冷媒の高沸点冷
媒からの分離を、気液分離手段3からの気相成分中の低
沸点冷媒の分離によって達成するようにしたので、気液
分離手段3からの気相成分中の低沸点冷媒の含有割合が
、液相成分中の低沸点冷媒の含有割合よりも多いことに
鑑み、低沸点冷媒の分離を迅速に行うことができる。従
って、通常の冷却能力の必要時には、高沸点冷媒のみに
より蒸発手段4の冷却能力を省動力化のもとに適正に発
揮させ得る。また、冷却能力の増大が必要なときには、
貯溜手段7に貯溜しである低沸点冷媒を高沸点冷媒に即
座に混入させるので、蒸発手段4の冷却能力を速やかに
増大させ得る。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第2
図は、車両用空調システムに採用するに適した本発明に
係る冷凍サイクル制御装置の一例を示しており、この冷
凍サイクル制御装置の冷凍サイクルRcには、低沸点冷
媒R13と高沸点冷媒R12との二成分からなる非共沸
混合冷媒が冷媒として封入されている。かかる場合、低
沸点冷媒と高沸点冷媒との量比率、並びに低沸点冷媒及
び高沸点冷媒の各封入量は、当該車両の車室内の適正な
冷房を確保できるように定められている。
冷凍サイクルRcは、コンプレッサ10を備えており、
このコンプレッサ10は、その付設の電磁クラッチの選
択的係合下にて、当該車両のエンジンから動力を伝達さ
れて回転し、管路Pl内の冷媒を吸入圧縮し高温高圧の
圧縮冷媒として管路P2内に吐出する。コンデンサ30
は、空冷ファンの空冷作用下にて、管路P2内の圧縮冷
媒を四方制御弁20及び管路P3を通し受けて凝縮し、
液相及び気相からなる二相の凝縮冷媒として管路P4内
に流入させる。
レシーバ40は、管路P4からの凝縮冷媒を液相冷媒と
気相冷媒とに分離して、液相冷媒のみを管路P5内に流
入させる。かかる場合、レシーバ40の内部は気液平衡
状態にあるため、同レシーバ40内の気相冷媒及び液相
冷媒の各組成割合については、以下の条件が成立する。
今、レシーバ40内において、低沸点冷媒R13及び高
沸点冷媒R12がそれぞれ存在する場合の各蒸気圧をP
a、Pbとし、レシーバ40内の液相冷媒中のモル濃度
比(即ち、液相高沸点冷媒のモル濃度/液相低沸点冷媒
のモル濃度)をXaとし、かつレシーバ40内の気相冷
媒中のモル濃度比(即ち、気相高沸点冷媒のモル濃度/
気相低沸点冷媒のモル濃度)をYaとすれば、次のラウ
ールの式(1)が成立する。
aとYaとの間の関係は、第3図の曲線りにより表わさ
れる。ここで、曲線り上の点Laにより特定される場合
について例示すると、Xa=0.1<Ya=0.35で
ある。従って、曲線りから容易に理解されるように、レ
シーバ40内の気相冷媒中の低沸点冷媒の量は、同レシ
ーバ40内の液相冷媒中の低沸点冷媒の量より多い。
膨張弁50は、管路P5からの液相冷媒を膨張させて管
路P6を通しエバポレータ60内に流入させる。エバポ
レータ60は、その流入冷媒に応じ、当該車両の車室内
に吹出すべきブロワがらの空気流を冷却するとともに、
気化冷媒を管路P7及び四方制御弁20を通し管路Pl
内に付与する。
管路P5の中間部位から延出する管路Pa中には、電気
式膨張弁70が介装されており、この膨張弁70は、そ
の選択的開成により、管路P8の上流部を介する管路P
5の上流部からの液相冷媒を膨張させて管路P8の後流
部内に低温低圧の冷媒として冷却貯溜器80内に付与す
る。
冷却貯溜器80は、円筒状ケーシング81と、このケー
シング81内に同軸的に組付けた螺旋管からなる冷却部
材82とにより構成されており、ケーシング81の内部
は、その上壁81aを介し管路P、内に連通ずると共に
、その底壁81bを介し管路PIO内に連通している。
また、冷却部材82は、その下端開口部にて管路P8の
下流部に連通しており、この冷却部材82の上端開口部
は管路pHを介し管路2里の下流部に連通している。
しかして、このように構成した冷却貯溜器80において
は、後述する精留器90から管路P、を通しケーシング
81内に流入する冷媒が、配管P8から冷媒を流入され
る冷却部材82により同流入冷媒でもって冷却されて液
化しケーシング81の底部内に貯溜されるとともに、管
路ptoを通し精留器90内に還流される。
精留器90は、円筒状ケーシング91内に充填物92を
軸方向に固定的に充填して上室91a及び下室91bを
形成してなるもので、上室91.aは、管路P9を通し
冷却貯溜器80のケーシング81内に連通ずるとともに
管路PIOを通しケーシング81内に連通ずる。一方、
下室91bは、常閉型電磁弁100を介装してなる管路
pHを通しレシーバ40内に選択的に連通ずるとともに
、常閉型電磁弁110を介装してなる管路P12を通し
管路P1の中間部位内に選択的に連通ずるようになって
いる。また、充填物92は、低沸点冷媒と高沸点冷媒に
対する分離性能のよい金属バネ部材により形成されてい
る。
しかして、このように構成した精留器90においては、
配管11及び電磁弁100を介し後述のように下室91
b内に流入する気相冷媒が、充填物92により、気相低
沸点冷媒を主とする第1成分冷媒と、高沸点冷媒を主と
する第2成分冷媒とに分離され、第1成分冷媒が上室9
1a及び管路P9を通り貯溜冷却器80のケーシング8
1内に流入する一方、下室91b内の第2成分冷媒が管
路P12及び電磁弁110を通り選択的に管路P1の下
流部内に流入する。また、ケーシング81内の液相冷媒
は管路PIOを通り上室91a内に流入して充填物92
により気相低沸点冷媒と液相高沸点冷媒とに分離され、
同気相低沸点冷媒が前記第1成分冷媒に混入される一方
、同液相高沸点冷媒が下室91b内の第2成゛分冷媒に
混入される。
電磁弁100は、その選択的開成により、管路pHの上
下流部間の連通を許容して、レシーバ40内の気相冷媒
を管路pttを通し精留器90の下室91b内に流入さ
せる。一方、電磁弁110は、その選択的開成により、
管路PI2の上下流部内の連通を許容して、下室91b
内の第2成分冷媒を管路PI2を通し管路P1の下流部
に流入させる。
次に、冷凍サイクル制御装置の電気回路構成について第
2図を参照して説明すると、操作スイッチSWは、空調
システムを作動させるとき操作されて操作信号を発生す
る。温度設定器120aは、当該車両の車室内の所望の
温度を設定するとき操作されて、同温度を設定温信号と
して発生する。
温度センサ120bは、車室内の現実の温度を検出し内
気温検出信号として発生する。A−D変換器130は、
温度設定器120aからの設定温信号及び温度センサ1
20bからの内気温検出信号を設定温ディジタル信号及
び内気温ディジタル信号にそれぞれ変換する。
マイクロコンピュータ140は、A−D変換器130と
の協働により、第4図に示すフローチャートに従い、コ
ンピュータプログラム実行し、この実行中において、膨
張弁70及び各電磁弁100.110にそれぞれ接続し
た各駆動回路150゜160.170の制御に必要な演
算処理をする。
また、上記コンピュータプログラムはマイクロコンピュ
ータ1.40のROMに予め記憶されている。
また、マイクロコンピュータ140は、当該車両のイグ
ニッションスイッチIGを介しバッテリBから給電を受
けて作動状態となり、操作スイッチSWからの操作信号
に応答してコンピュータプログラムの実行を開始する。
各駆動回路150〜170は、マイクロコンピュータ1
40による制御のもとに、膨張弁80及び各電磁弁10
0,110をそれぞれ選択的に開成する。
以上のように構成した本実施例において、夏期のような
暑い季節に車室内を冷房すべく、イグニッションスイッ
チIGの閉成によりエンジンを始動させるとともに、操
作スイッチSWから操作信号を発生させれば、マイクロ
コンピュータ140が、第4図のフローチャートに従い
、コンピュータプログラムの実行をステップ200aに
て開始する。このとき、コンプレッサ10が、イグニッ
ションIGの閉成に伴う電磁クラッチの係合により、エ
ンジンから動力伝達を受けて作動するものとする。また
、冷却貯溜器80内には、低沸点冷媒が、高沸点冷媒か
ら分離された状態で液状にて貯溜されているものとすれ
ば、管路P1〜管路Pフを通る冷凍サイクルRcの系統
(以下、主循環系統という)には、高沸点冷媒が存在す
る。
マタ、マイクロコンピュータ140が、ステップ210
にて、初期化のための演算処理をし、ステップ220に
て、電磁弁110の開成に必要な第1出力信号を発生し
、電磁弁100の開成に必要な第2出力信号及び膨張弁
70の開成に必要な第3出力信号を共に消滅状態に維持
し、かつ、ステップ230にて、A−D変換器130か
らの内気温ディジタル信号の値(以下、内気温Taとい
う)>A−D変換器130からの設定温ディジタル信号
の値(以下、設定温Tsという)に基き「NOJと判別
する。
しかして、電磁弁100及び膨張弁70が、マイクロコ
ンピュータ140からの第2及び第3の出力信号の消滅
下にて各駆動回路160,150により閉状態に維持さ
れたままにおいて、電磁弁110が、マイクロコンピュ
ータ140からの第1出力信号に応答して駆動回路17
0により開成されると、貯溜冷却器80内の液状の低沸
点冷媒が、コンプレッサ10の吸入作用に基き、管路P
1o、精留器90、電磁弁110、及び管路P12を通
り管路P1の下流部内に速やかに流入して高沸点冷媒と
合流する。
かかる合流により管路P1の下流部内で再現された非共
沸混合冷媒は、コンプレッサ10により圧縮されて高温
高圧の圧縮冷媒として管路P2内に吐出され四方制御弁
20を通り管路P3内に流入する。ついで、管路P3内
の圧縮冷媒が、コンデンサ30により凝縮されて管路P
4を通りレシーバ40内に流入して液相成分と気相成分
に分離され、液相成分のみが、管路P5を通り膨張弁5
0に流入した後、同膨張弁50により膨張せられ、エバ
ポレータ60に流入する。このため、前記ブロワからの
空気流がエバポレータ60によりその流入冷媒に応じ冷
却されて車室内に吹出す、かかる場合、上述のように、
空調システムによる空調開始と共に、貯溜冷却器80内
の液状低沸点冷媒を冷凍サイクルRcの主循環系統内に
流入させて高沸点冷媒と混合して非共沸冷媒にするので
、エバポレータ60への流入冷媒の冷却能力が低沸点冷
媒との関連で大幅に増大する。従って、車室内の現実の
温度が急速に低下してゆく。
然る後、ステップ230における判別が、Ta<Tsの
成立により、rYESJになると、マイクロコンピュー
タ140が、ステップ240にて、第1出力信号を消滅
させるとともに、第2及び第3の出力信号を発生させる
。これは、Ta<Tsの成立下では、空調システムの冷
房能力を通常に戻してもよいとの判断を前提とすること
による。
しかして、電磁弁110が、マイクロコンピュータ14
0からの第1出力信号の消滅に応答して駆動回路170
により閉成されて精留器90の下室91bを管路P1か
ら遮断する。一方、電磁弁100が、マイクロコンピュ
ータ140からの第2出力信号に応答して駆動回路16
0により開成されてレシーバ40内の気相冷媒を管路p
Hを介し精留器90の下室91b内に流入させる。また
、膨張弁70が、マイクロコンピュータ140からの第
3出力信号に応答して駆動回路150により開成されて
レシーバ40内の液相冷媒を管路P。
の上流部及び管路P8を通し貯溜冷却器80の冷却部材
82内に低温低圧の膨張冷媒として流入させる。
すると、静音器90の下室91b内に流入した気相冷媒
が、充填物92により、気相低沸点冷媒を主とする第1
成分冷媒と、気相高沸点冷媒を主とする第2成分冷媒と
に分離され、この第2成分冷媒を下室91b内に残留さ
せたまま、前記第1成分冷媒が貯溜冷却器80のケーシ
ング81内に上室91a及び管路P9を通り流入する。
ついで、このようにケーシング81内に流入した第1成
分冷媒が、冷却部材82によりその流入冷媒でもって冷
却されて液化しケーシング81の底部内に貯溜されつつ
、管路PIOを通り精留器90の上室91a内に還流す
る。このため、還流第1成分冷媒中の高沸点冷媒が充填
物92により分離されて王室91b内に流下する一方、
低沸点冷媒の含有割合が増加した第1成分冷媒が再びケ
ーシング81内に流入して冷却される。かかる場合、レ
シーバ40内の気相冷媒中の低沸点冷媒の含有量が、第
3図にて示すごとく、レシーバ40の液相冷媒中の低沸
点冷媒の含有量よりも多いので、冷凍サイクルRcの主
循環系統を循環する非共沸混合冷媒からの低沸点冷媒の
分離が迅速にかつ確実になされて急冷層を可能にする。
以上のような精留器90の分離作用及び貯溜冷却器80
の貯溜冷却作用は、各ステップ240.250及び26
0の循環演算の繰返し、即ちステップ240での演算処
理、ステップ250での計時データτの加算更新及びス
テップ260での計時データτ及び所定時間τ。の比較
によるrYES」との判別の繰返しのちとに行なわれる
。このため、貯溜冷却器80内には低沸点冷媒の殆どが
液状にて貯溜され、一方、冷凍サイクルRcの主循環系
統の循環冷媒は、はぼ高沸点冷媒のみとなる。これによ
り、エバポレータ60の冷却能力は通常の状態に迅速に
低下する。但し、計時データではステップ210にて零
と初期化されているものとする。また、所定時間τ。は
、主循環系統の非共沸混合冷媒から低沸点冷媒を分離す
るに必要な時間を表わし、マイクロコンピュータ140
のROMに予め記憶されているや 因みに、レシーバ40内の気相冷媒中の低沸点冷媒の分
離状況を、レシーバ40内の液相冷媒中の低沸点冷媒の
分離状況と比較検討してみたところ、第5図に示すよう
な両回線M、Nが得られた。
こ−に、曲線Mは、レシーバ40内の気相冷媒中の低沸
点冷媒の分離開始後の経過時間に伴う同低沸点冷媒の残
留モル濃度の減少状態を示し、一方、曲線Nは、レシー
バ40内の液相冷媒中の低沸点冷媒の分離開始後の経過
時間に伴う同低沸点冷媒の残留モル濃度の減少状態を示
す、しかして、両回線M、Nによれば、非共沸混合冷媒
中の低沸点冷媒の分離は、レシーバ40内の気相冷媒を
利用することにより、より一層迅速に行なえることが分
る。
かかる状態において、ステップ260での判別がrNo
、になると、マイクロコンピュータ140が、低沸点冷
媒の分離完了との判断のもとに、ステップ270にて、
τ=Oとクリアし、ステップ280にて、第2及び第3
の出力信号を消滅させるとともに、第1出力信号を一時
的に発生する。
すると、電磁弁100及び膨張弁70の各閉成のもとに
電磁弁110が一時的に開成して精留器90の下室91
b内の第2成分冷媒を管路PI2を通し管路P1内に還
流させる。然る後は、ステップ290におけるマイクロ
コンピュータ140の通常の冷房演算処理下にて、冷凍
サイクルRcにおける貰沸点冷媒の循環でもって、空調
システムによる通常の冷房制御がなされる。
なお、本発明の実施にあたっては、車両用空調システム
の冷凍サイクル制御装置に限ることなく、車両用冷凍シ
ステム、冷蔵システム等の各種の冷凍サイクル制御装置
に本発明を適用して実施してもよい。
また、本発明の実施にあたっては、空調システムの冷房
開始時に限ることなく、エバポレータ60の冷却能力が
不足するときに各ステップ220゜230の演算処理を
するようにして冷却能力の増大を図るようにしてもよい
【図面の簡単な説明】
第1図は特許請求の範囲の記載に対する対応図、第2図
は本発明の一実施例を示すブロック図、第3図は第2図
のレシーバ内の気相成分と液相成分との各低沸点冷凍の
含有割合の差を示すグラフ、第4図は第2図のマイクロ
コンピュータの作用を示すフローチャート、及び第5図
は第2図のレシーバ内の気相成分及び液相成分中の各低
沸点冷媒の分離状況を示すグラフである。 符号の説明 10・・・コンプレッサ、30・・・コンデンサ、40
・・・レシーバ、50・・・膨張弁、60・・エバポレ
ータ、80・・・冷却貯溜器、82・冷却部材、90・
・・精留器、100,110・・・電磁弁、120a・
・・温度設定器、120b・・・温度センサ、140・
・・マイクロコンピュータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  非共沸混合冷媒を圧縮冷媒として圧縮する圧縮手段と
    、前記圧縮冷媒を凝縮する凝縮手段と、前記凝縮冷媒を
    気相成分と液相成分に分離する気液分離手段と、前記液
    相成分を低温低圧の冷媒として付与されて被冷却体に向
    け吹出すべき空気流を冷却するとともに前記冷媒を前記
    圧縮手段に還流する蒸発手段とを備え、かつ前記気液分
    離手段から気相成分を付与されて前記低沸点冷媒を分離
    する精留手段と、前記気液分離手段からの液相成分の一
    部を分流されて低温低圧の冷媒に変換する変換手段と、
    この変換手段により冷却された前記精留手段からの低沸
    点冷媒を貯溜する貯溜手段と、前記気液分離手段から前
    記精留手段への気相成分の付与を選択的開成により許容
    する第1電気的開閉手段と、前記貯溜手段から前記圧縮
    手段への低沸点冷媒の還流を選択的開成により許容する
    第2電気的開成手段と、前記蒸発手段の冷却能力を通常
    状態に減少させるとき、前記第2電気的開閉手段の閉成
    下にて前記第1電気的開閉手段を開成した後前記低沸点
    冷媒の分離に要する時間の経過時に同第1電気的開閉手
    段を閉成し、また前記蒸発手段の冷却能力を増大させる
    とき前記第1電気的開閉手段の閉成下にて前記第2電気
    的開閉手段を開成するように制御する電気的制御手段と
    を設けるようにした車両用冷凍サイクル制御装置。
JP19396288A 1988-08-03 1988-08-03 車両用冷凍サイクル制御装置 Pending JPH0244153A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0854326A3 (en) * 1997-01-21 2000-07-12 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Refrigerating air-conditioning apparatus

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