JPH05223358A - 冷凍サイクル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成を簡単にするとともに、冷房負荷に応じ
て最適な過冷却度をとって冷凍サイクルの冷凍能力を向
上させる。 【構成】 コンプレッサ１、コンデンサ２、電子式膨張
弁３及びエバポレータ４が配管５によって順に接続され
る。エバポレータ４の出口付近には膨張弁３から噴出さ
れるガス冷媒の圧力および温度を検出して過熱度を検出
する圧力センサ６及び温度センサ７が配置される。さら
に、膨張弁３の入口付近には冷房負荷を検出する流量セ
ンサ１２が配置される。前記各センサ６，７，１２は制
御回路８に接続される。そして、制御回路８は膨張弁３
の開度を制御して、冷房負荷が大きいときにはエバポレ
ータ４内の冷媒の量を少なくするとともに、コンデンサ
２内の冷媒の量を多くして、過冷却度を大きくとるよう
にする。又、冷房負荷が小さいときには、上記とは逆に
作用して、過冷却度を小さくとるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カーエアコン等に用
いられるものであって、エバポレータの出口の過熱度
（スーパーヒート）を検出して膨張弁の開度を調節する
冷凍サイクル制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷凍サイクルは過冷却度（サブ
クール）ＳＣをとることにより冷凍能力が向上する。こ
れは、図６のモリエル線図が示すように、過冷却度ＳＣ
が増加することにより冷凍効果ｑが増加し、成績係数Ｃ
ＯＰ（＝冷凍効果ｑ／圧縮に必要な仕事の熱当量ＡＬ）
が大きくなるためである。しかし、あまり過冷却度ＳＣ
を大きくとりすぎると、高圧側冷媒の圧力が上昇してコ
ンプレッサの必要動力も増加し、結果的に圧縮に必要な
仕事の熱当量ＡＬが増加するために成績係数ＣＯＰは減
少してしまう。

【０００３】すなわち、冷凍サイクルが最適な冷凍能力
を発揮するためには、冷凍サイクルを成績係数ＣＯＰが
最大となる最適な過冷却度ＳＣをとるように運用させる
必要がある。

【０００４】このような観点に基づいて、特開昭５５−
１３４２５３号公報の冷凍装置が提案されている。この
冷凍装置では、レシーバが排除され、レシーバと同等の
容積を有する所定の長さの径大部がコンデンサ内に設け
られた。そして、径大部内での液相又は気相の占める割
合を調節することにより、適度な過冷却度をとり、ひい
ては常に冷凍能力が有効に発揮できる状態で冷凍装置を
運転させるようにしていた。

【０００５】又、特開平３−９５３６８号公報において
提案されたコンデンサでは、コンデンサに主コンデンサ
部、気液分離部及び補コンデンサ部が設けられ、気液分
離部の前後に位置する主コンデンサ部内及び補コンデン
サ部内において冷媒の冷却及び凝縮が行われていた。さ
らに、補コンデンサ部には冷媒状態を目視にて観察する
サイトグラスが設けられていた。そして、冷媒充填量を
調節することにより、気液分離部で適度な過冷却度を得
られるように工夫されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した従
来の冷凍装置では、コンデンサ関係の構成が複雑である
ばかりか、冷凍サイクル内に封入される冷媒の量によっ
てのみ、過冷却度を調節していたため、冷凍サイクルの
運転状況、すなわち冷房負荷に追従させた過冷却度の調
節をすることはできなかった。

【０００７】この発明は、このような問題点に着目して
なされたものであり、その目的とするところは、構成を
簡単にするとともに、冷房負荷に応じて最適な過冷却度
をとって冷凍サイクルの冷凍能力を向上させる冷凍サイ
クル制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の冷凍サイクル制御装置は、ガス冷媒を圧
縮するコンプレッサ、圧縮されたガス冷媒を凝縮するコ
ンデンサ、凝縮された冷媒を減圧する減圧手段、及び減
圧された冷媒を蒸発させるエバポレータが順に接続され
る冷凍サイクルであって、前記エバポレータから排出さ
れるガス冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と、前
記冷凍サイクルの冷房負荷を検出する冷房負荷検出手段
と、前記過熱度検出手段の検出値と前記冷房負荷検出手
段の検出値とに基づき、前記減圧手段の冷媒通路の開度
を調節して、過熱度を維持した状態でコンデンサ内にお
いて最適な過冷却度をとるように制御する制御手段とを
備えたことを要旨とする。

【０００９】又、前記冷房負荷検出手段は、コンデンサ
と減圧手段との間の配管に設けられるように構成しても
よい。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、過熱度検出手段と冷房負荷
検出手段とにより冷凍サイクル内を循環する冷媒の状
態、すなわち過熱度の状態と冷房負荷状態とが検出さ
れ、それら検出値が制御手段に入力される。そして、制
御手段によりエバポレータ内において過熱度が維持され
ながらもその過熱度が調節されて、冷凍サイクル内を循
環する冷媒の流量が調節される。従って、冷媒の流量の
変化によってコンデンサ内における過冷却度が調節さ
れ、冷房負荷が大きくなるにつれ、過冷却度が大きくな
る。

【００１１】又、前記冷房負荷検出手段をコンデンサと
減圧手段との間の配管に設けることによって、安定した
高い検出精度が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１に示すように、本冷凍サイクル
は、レシーバがなく、コンプレッサ１、コンデンサ２、
減圧手段としての電子式膨張弁３（以下、膨張弁とす
る）及びエバポレータ４からなり、それらが順に配管５
にて接続されている。

【００１３】この冷凍サイクルは、次のように作用す
る。先ず、コンプレッサ１から高圧縮冷媒が吐出され、
コンデンサ２に導入される。そして、冷媒はコンデンサ
２で凝縮されて液相にされた後、膨張弁３にて断熱膨張
して気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、次いで
エバポレータ４内に導入されて気化してガス冷媒とな
る。このとき、エバポレータ４が冷却されて車室内の冷
房に供給される。さらに、エバポレータ４から排出され
たガス冷媒は再び前記コンプレッサ１に戻る。

【００１４】また、エバポレータ４の出口付近の配管５
には、過熱度検出手段としての圧力センサ６及び温度セ
ンサ７が配置されている。そして、各センサ６，７によ
りエバポレータ４にて蒸発した冷媒の圧力及び温度が検
出され、この検出値に基づいて過熱度ＳＨの状態が検出
される。各センサ６，７の検出値は制御手段としての制
御回路８に入力される。制御回路８は過熱度ＳＨが維持
されるように膨張弁３の弁開度動作を制御するＣＰＵ９
と、その膨張弁３の開度を制御するためのプログラム等
を格納するＲＯＭ１０と、各種のデータ、例えば圧力セ
ンサ６の検出値や温度センサ７の検出値等を一時的に記
憶するＲＡＭ１１とを備えている。

【００１５】さらに、コンデンサ２と膨張弁３との間に
おいて膨張弁３の入口付近の配管５には、冷房負荷を検
出する冷房負荷検出手段としての流量センサ１２が配置
されている。この流量センサ１２の検出値は制御回路８
に入力され、制御回路８はその流量センサ１２からの検
出値に基づいて過熱度ＳＨが維持される範囲（０℃〜２
０℃）で膨張弁３の開度を調節し、コンデンサ２におけ
る過冷却度ＳＣを調節する。

【００１６】ここで、過冷却度ＳＣと冷房負荷との関係
について説明する。図２に、過冷却度ＳＣと成績係数Ｃ
ＯＰの増加率（過冷却度ＳＣ＝０℃での成績係数ＣＯＰ
を「１」としたときのＣＯＰの増分）との関係を示す。
この図から分かるように、冷房負荷が高くなる程、最高
成績係数となる過冷却度ＳＣが大きくなり、さらに、各
負荷においてそれぞれ成績係数ＣＯＰが最大となる最適
な過冷却度ＳＣが存在している。又、図３には、図２を
もとにして作成された最適過冷却度線を示す。この最適
過冷却度線は、冷房負荷に対して成績係数ＣＯＰが最大
となるときの過冷却度ＳＣを設定している。従って、こ
の図の最適過冷却度線に合致するように冷媒の流量、す
なわち過熱度の度合を制御すれば、常に最大の成績係数
ＣＯＰを得ることができ、ひいては最良の冷凍能力を発
揮することができる。

【００１７】次に、本実施例の冷凍サイクル制御装置の
作用について説明する。この制御はＲＯＭ１０に格納さ
れたプログラムに従って実行されるものである。この冷
凍サイクルでは、先ず、圧力センサ６及び温度センサ７
によって、エバポレータ４の出口付近の冷媒の圧力及び
温度が検出されて過熱度ＳＨが検出され、その検出値が
制御回路８に入力される。さらに、流量センサ１２によ
って、コンデンサ２の出口付近の冷媒の流量が検出され
て冷房負荷が検出され、その検出値が制御回路８に入力
される。

【００１８】そして、前記各検出値に基づいて制御回路
８から膨張弁３の弁開度の動作信号が出力され、冷凍サ
イクルは冷房負荷に応じた過熱度ＳＨ及び過冷却度ＳＣ
をとるように動作する。すなわち、図４に示すように、
高負荷時（実線で示す）には膨張弁３の開度を若干小さ
くして膨張弁３から噴出される冷媒の量を少なくし、過
熱度ＳＨを大きくする。又、逆に低負荷時（二点鎖線で
示す）には膨張弁３の開度を若干大きくして膨張弁３か
ら噴出される冷媒の量を多くし、過熱度ＳＨを小さくす
る。それにより、エバポレータ４内の冷媒の量は、高負
荷時には低負荷時に比べて斜線で示す分だけ少なくな
る。

【００１９】そして、図５に示すように、高負荷時には
前述した通りエバポレータ４内での冷媒の量が少なくな
る分だけ、コンデンサ２内の冷媒の量が多くなる（図５
中、斜線で示す）。そのため、高負荷時には低負荷時に
比べて、過冷却度ＳＣを大きくすることができる。又、
低負荷時には高負荷時に比べて斜線で示す分だけ、コン
デンサ２内の冷媒が少なくなり、その分だけ、過冷却度
ＳＣを小さくすることができる。

【００２０】このように、本実施例の冷凍サイクル制御
装置では、過熱度ＳＨを維持した状態で過冷却度ＳＣを
制御することにより、常に冷房負荷に追従した制御が可
能となり、コンデンサの構成を複雑にするような特殊な
装置を用いることなく、冷房負荷を検出するセンサを設
けるだけで、最適な過冷却度ＳＣを得ることができる。
そして、結果的に冷凍サイクルの冷凍能力を向上させる
ことができる。

【００２１】又、本実施例のように、コンデンサ２と膨
張弁３との間の部分に冷房負荷を検出するセンサを設け
れば、コンデンサ２と膨張弁３との間の部分は安定した
液相であるから、冷房負荷に対応した検出値を安定して
精度良く得ることができる。

【００２２】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、冷房負荷を検出する流量センサ１２の代
えて圧力センサをコンプレッサ１の出口付近の配管５に
設けたり、冷房負荷センサとして温度や圧力を検出する
ものを使用したりするなど、この発明の趣旨から逸脱し
ない範囲内において任意に変更して具体化することがで
きる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の冷凍サ
イクル制御装置は、構成が簡単であるとともに、冷房負
荷を精度良く検出して、その冷房負荷に応じた最適な過
冷却度をとって冷凍サイクルの冷凍能力を向上させると
いう優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の冷凍サイクルの概略を示す構成図で
ある。

【図２】過冷却度と成績係数増加率との関係を示す図で
ある。

【図３】冷房負荷と過冷却度との関係を示す図である。

【図４】エバポレータでの蒸発行程を模式的に示す図で
ある。

【図５】コンデンサでの凝縮行程を模式的に示す図であ
る。

【図６】モリエル線図である。

【符号の説明】

１…コンプレッサ、２…コンデンサ、３…減圧手段とし
ての電子式膨張弁、４…エバポレータ、５…配管、６…
過熱度検出手段としての圧力センサ、７…過熱度検出手
段としての温度センサ、８…制御手段としての制御回
路、１２…冷房負荷検出手段としての流量センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 敏夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス冷媒を圧縮するコンプレッサ、圧縮
   されたガス冷媒を凝縮するコンデンサ、凝縮された冷媒
   を減圧する減圧手段、及び減圧された冷媒を蒸発させる
   エバポレータが順に接続される冷凍サイクルであって、 前記エバポレータから排出されるガス冷媒の過熱度を検
   出する過熱度検出手段と、 前記冷凍サイクルの冷房負荷を検出する冷房負荷検出手
   段と、 前記過熱度検出手段の検出値と前記冷房負荷検出手段の
   検出値とに基づき、前記減圧手段の冷媒通路の開度を調
   節して、過熱度を維持した状態でコンデンサ内において
   最適な過冷却度をとるように制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とする冷凍サイクル制御装置。
2. 【請求項２】 前記冷房負荷検出手段は、コンデンサと
   減圧手段との間の配管に設けられている請求項１に記載
   の冷凍サイクル制御装置。