JPH11125471A - 超臨界冷凍サイクル - Google Patents
超臨界冷凍サイクルInfo
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- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/02—Compressor control
- F25B2600/025—Compressor control by controlling speed
- F25B2600/0251—Compressor control by controlling speed with on-off operation
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/17—Control issues by controlling the pressure of the condenser
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＯ2 サイクルの製造原価上昇を抑制しつ
つ、ＣＯ2 サイクルの保護を図る。 【解決手段】 放熱器２出口側のＣＯ2 温度を検出する
温度センサ６の検出温度Ｔが所定温度Ｔ3 を越えたとき
に圧縮機１を停止させるとともに、第２所定温度Ｔ2 以
上であるときは送風機７を稼働させる。これにより、通
常サイクルのごとく、圧力スイッチや圧力センサを必要
としないので、ＣＯ2 サイクルの製造原価上昇を抑制し
つつ、ＣＯ2 サイクルの各機器を保護することができ
る。
つ、ＣＯ2 サイクルの保護を図る。 【解決手段】 放熱器２出口側のＣＯ2 温度を検出する
温度センサ６の検出温度Ｔが所定温度Ｔ3 を越えたとき
に圧縮機１を停止させるとともに、第２所定温度Ｔ2 以
上であるときは送風機７を稼働させる。これにより、通
常サイクルのごとく、圧力スイッチや圧力センサを必要
としないので、ＣＯ2 サイクルの製造原価上昇を抑制し
つつ、ＣＯ2 サイクルの各機器を保護することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放熱器出口側の冷
媒温度に基づいて、放熱器出口側の冷媒圧力を制御する
とともに、放熱器内の圧力が冷媒の臨界圧力を越える超
臨界冷凍サイクルに関するものである。
媒温度に基づいて、放熱器出口側の冷媒圧力を制御する
とともに、放熱器内の圧力が冷媒の臨界圧力を越える超
臨界冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】フロンを冷媒とする冷凍サイクルのごと
く、高圧側（圧縮機吐出側）の圧力が冷媒の臨界圧力以
下で運転される冷凍サイクル（以下、この冷凍サイクル
を通常冷凍サイクルと呼ぶ。）では、冷凍サイクル（の
各機器）を保護するために、圧力スイッチのごとく高圧
側の圧力が所定圧力を越えたことを検出する圧力検出手
段を配設し、高圧側の圧力が所定圧力を越えた時に、電
磁クラッチへの通電を停止するとともに、放熱器への送
風量を制御して冷凍サイクル内の圧力が過度に上昇する
ことを防止している。
く、高圧側（圧縮機吐出側）の圧力が冷媒の臨界圧力以
下で運転される冷凍サイクル（以下、この冷凍サイクル
を通常冷凍サイクルと呼ぶ。）では、冷凍サイクル（の
各機器）を保護するために、圧力スイッチのごとく高圧
側の圧力が所定圧力を越えたことを検出する圧力検出手
段を配設し、高圧側の圧力が所定圧力を越えた時に、電
磁クラッチへの通電を停止するとともに、放熱器への送
風量を制御して冷凍サイクル内の圧力が過度に上昇する
ことを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、二酸化炭素
を冷媒とする冷凍サイクル（以下、ＣＯ2 サイクルと呼
ぶ。）のごとく、放熱器内の圧力が冷媒の臨界圧力を越
える冷凍サイクル（以下、この冷凍サイクルを超臨界冷
凍サイクルと呼ぶ。）では、通常冷凍サイクルに比べ
て、高圧側の圧力が非常に高い。因みに、ＣＯ2 サイク
ルの高圧側圧力は、通常冷凍サイクルの１０倍以上であ
る。
を冷媒とする冷凍サイクル（以下、ＣＯ2 サイクルと呼
ぶ。）のごとく、放熱器内の圧力が冷媒の臨界圧力を越
える冷凍サイクル（以下、この冷凍サイクルを超臨界冷
凍サイクルと呼ぶ。）では、通常冷凍サイクルに比べ
て、高圧側の圧力が非常に高い。因みに、ＣＯ2 サイク
ルの高圧側圧力は、通常冷凍サイクルの１０倍以上であ
る。
【０００４】したがって、通常冷凍サイクルに用いられ
ていた圧力検出手段を、超臨界冷凍サイクルにそのまま
適用することができない。このため、通常冷凍サイクル
に用いられていた圧力検出手段を、超臨界冷凍サイクル
に適用すべく、単純に、圧力検出手段の耐圧強度を向上
させると、圧力検出手段の大型化および製造原価上昇を
招いてしまうので、超臨界冷凍サイクルの製造原価上昇
という新たな問題が発生してしまう。
ていた圧力検出手段を、超臨界冷凍サイクルにそのまま
適用することができない。このため、通常冷凍サイクル
に用いられていた圧力検出手段を、超臨界冷凍サイクル
に適用すべく、単純に、圧力検出手段の耐圧強度を向上
させると、圧力検出手段の大型化および製造原価上昇を
招いてしまうので、超臨界冷凍サイクルの製造原価上昇
という新たな問題が発生してしまう。
【０００５】本発明は、上記点に鑑み、超臨界冷凍サイ
クルの製造原価上昇を抑制しつつ、超臨界冷凍サイクル
の保護を図ることを目的とする。
クルの製造原価上昇を抑制しつつ、超臨界冷凍サイクル
の保護を図ることを目的とする。
【０００６】
【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、以下の技術的手段を用いる。請求項１に
記載の発明では、温度検出手段（６）の検出温度（Ｔ）
が所定温度（Ｔ3 ）を越えたときに、圧縮機（１）を停
止させることを特徴とする。これにより、温度検出手段
（６）の検出温度（Ｔ）から放熱器（２）出口側の冷媒
圧力を推定して圧縮機（１）の稼働状態を制御するの
で、通常サイクルのごとく、圧力検出手段を必要としな
い。したがって、超臨界冷凍サイクルの製造原価上昇を
抑制しつつ、超臨界冷凍サイクルの各機器を保護するこ
とができる。
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に
記載の発明では、温度検出手段（６）の検出温度（Ｔ）
が所定温度（Ｔ3 ）を越えたときに、圧縮機（１）を停
止させることを特徴とする。これにより、温度検出手段
（６）の検出温度（Ｔ）から放熱器（２）出口側の冷媒
圧力を推定して圧縮機（１）の稼働状態を制御するの
で、通常サイクルのごとく、圧力検出手段を必要としな
い。したがって、超臨界冷凍サイクルの製造原価上昇を
抑制しつつ、超臨界冷凍サイクルの各機器を保護するこ
とができる。
【０００７】請求項２に記載の発明では、温度検出手段
（６）の検出温度（Ｔ）の上昇に応じて、送風機（７）
の送風量を増大させることを特徴とする。これにより、
温度検出手段（６）の検出温度（Ｔ）から放熱器（２）
出口側の冷媒圧力を推定するので、請求項１に記載の発
明と同様に、超臨界冷凍サイクルの製造原価上昇を抑制
しつつ、超臨界冷凍サイクルの各機器を保護することが
できる。
（６）の検出温度（Ｔ）の上昇に応じて、送風機（７）
の送風量を増大させることを特徴とする。これにより、
温度検出手段（６）の検出温度（Ｔ）から放熱器（２）
出口側の冷媒圧力を推定するので、請求項１に記載の発
明と同様に、超臨界冷凍サイクルの製造原価上昇を抑制
しつつ、超臨界冷凍サイクルの各機器を保護することが
できる。
【０００８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、車両用ＣＯ2 サイクルの
模式図であり、１はＣＯ2 （冷媒）を吸入圧縮する圧縮
機であり、２は圧縮機１から吐出されたＣＯ2 を冷却す
る放熱器である。なお、圧縮機１は、電磁クラッチ１ａ
を介して車両走行用エンジンから駆動力を得て駆動され
る。
模式図であり、１はＣＯ2 （冷媒）を吸入圧縮する圧縮
機であり、２は圧縮機１から吐出されたＣＯ2 を冷却す
る放熱器である。なお、圧縮機１は、電磁クラッチ１ａ
を介して車両走行用エンジンから駆動力を得て駆動され
る。
【００１０】また、３は放熱器２から流出した高圧（最
大１５ＭＰａ）のＣＯ2 を減圧するとともに、放熱器２
出口側のＣＯ2 圧力を制御する圧力制御弁であり、この
圧力制御弁３の開度は、放熱器２出口側のＣＯ2 温度に
応じて機械的に調節されている。なお、圧力制御弁３の
詳細構造は後述する。また、４は圧力制御弁３にて減圧
されて気液２相状態となったＣＯ2 の液相成分を蒸発さ
せて車室内に吹き出す空気を冷却する蒸発器である。６
は放熱器２出口側のＣＯ2 温度を検出し、その検出値に
対応する電気信号を電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼
ぶ。）５に向けて発するサーミスタ式の温度センサ（温
度検出手段）であり、７は放熱器２に空気を送風する送
風機であり、８は送風機７のファンを回転駆動する電動
モータ（以下、モータと略す。）である。
大１５ＭＰａ）のＣＯ2 を減圧するとともに、放熱器２
出口側のＣＯ2 圧力を制御する圧力制御弁であり、この
圧力制御弁３の開度は、放熱器２出口側のＣＯ2 温度に
応じて機械的に調節されている。なお、圧力制御弁３の
詳細構造は後述する。また、４は圧力制御弁３にて減圧
されて気液２相状態となったＣＯ2 の液相成分を蒸発さ
せて車室内に吹き出す空気を冷却する蒸発器である。６
は放熱器２出口側のＣＯ2 温度を検出し、その検出値に
対応する電気信号を電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼
ぶ。）５に向けて発するサーミスタ式の温度センサ（温
度検出手段）であり、７は放熱器２に空気を送風する送
風機であり、８は送風機７のファンを回転駆動する電動
モータ（以下、モータと略す。）である。
【００１１】次に、ＣＯ2 サイクルの作動を述べる。Ｃ
Ｏ2 サイクルの作動は、原理的には通常冷凍サイクルの
作動と同じである。すなわち、図２（ＣＯ2 モリエル線
図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機１
で気相状態のＣＯ2 を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温高圧
の超臨界状態のＣＯ2 を放熱器２にて冷却する（Ｂ−
Ｃ）。そして、圧力制御弁３により減圧して（Ｃ−
Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ2 を蒸発させて（Ｄ−
Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流体
を冷却する。
Ｏ2 サイクルの作動は、原理的には通常冷凍サイクルの
作動と同じである。すなわち、図２（ＣＯ2 モリエル線
図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示されるように、圧縮機１
で気相状態のＣＯ2 を圧縮し（Ａ−Ｂ）、この高温高圧
の超臨界状態のＣＯ2 を放熱器２にて冷却する（Ｂ−
Ｃ）。そして、圧力制御弁３により減圧して（Ｃ−
Ｄ）、気液２相状態となったＣＯ2 を蒸発させて（Ｄ−
Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外部流体
を冷却する。
【００１２】なお、ＣＯ2 は、圧力が飽和液圧力（線分
ＣＤと飽和液線ＳＬとの交点の圧力）を下まわるときか
ら、気液２相状態に相変化するので、Ｃの状態からＤの
状態へとゆっくり変化する場合には、ＣＯ2 は超臨界状
態から液相状態を経て気液２相状態に変化する。因み
に、超臨界状態とは、密度が液密度と略同等でありなが
ら、ＣＯ2 分子が気相状態のように運動する状態をい
う。
ＣＤと飽和液線ＳＬとの交点の圧力）を下まわるときか
ら、気液２相状態に相変化するので、Ｃの状態からＤの
状態へとゆっくり変化する場合には、ＣＯ2 は超臨界状
態から液相状態を経て気液２相状態に変化する。因み
に、超臨界状態とは、密度が液密度と略同等でありなが
ら、ＣＯ2 分子が気相状態のように運動する状態をい
う。
【００１３】しかし、ＣＯ2 の臨界温度は約３１℃と従
来のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１２℃）
と比べて低いので、夏場等では放熱器側でのＣＯ2 温度
がＣＯ2 の臨界点温度より高くなってしまう。つまり、
放熱器出口側においてもＣＯ 2 は凝縮しない（線分ＢＣ
が飽和液線と交差しない）。また、放熱器２出口側（Ｃ
点）の状態は、圧縮機１の吐出圧力と放熱器２出口側で
のＣＯ2 温度とによって決定され、放熱器２出口側での
ＣＯ2 温度は、放熱器２の放熱能力と外気温度とによっ
て決定する。そして、外気温度は制御することができな
いので、放熱器２出口側でのＣＯ2 温度は、実質的に制
御することができない。
来のフロンの臨界温度（例えば、Ｒ１２では１１２℃）
と比べて低いので、夏場等では放熱器側でのＣＯ2 温度
がＣＯ2 の臨界点温度より高くなってしまう。つまり、
放熱器出口側においてもＣＯ 2 は凝縮しない（線分ＢＣ
が飽和液線と交差しない）。また、放熱器２出口側（Ｃ
点）の状態は、圧縮機１の吐出圧力と放熱器２出口側で
のＣＯ2 温度とによって決定され、放熱器２出口側での
ＣＯ2 温度は、放熱器２の放熱能力と外気温度とによっ
て決定する。そして、外気温度は制御することができな
いので、放熱器２出口側でのＣＯ2 温度は、実質的に制
御することができない。
【００１４】したがって、放熱器２出口側（Ｃ点）の状
態は、圧縮機１の吐出圧力（放熱器２出口側圧力）を制
御することによって制御可能となる。つまり、夏場等の
外気温度が高い場合に、十分な冷却能力（エンタルピ
差）を確保するためには、図２のＥ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｅで
示されるように、放熱器２出口側圧力を高くする必要が
あるので、圧力制御弁３の開度を小さくする（絞る）。
態は、圧縮機１の吐出圧力（放熱器２出口側圧力）を制
御することによって制御可能となる。つまり、夏場等の
外気温度が高い場合に、十分な冷却能力（エンタルピ
差）を確保するためには、図２のＥ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｅで
示されるように、放熱器２出口側圧力を高くする必要が
あるので、圧力制御弁３の開度を小さくする（絞る）。
【００１５】しかし、放熱器２出口側圧力を高くなる
と、圧縮機１の圧縮仕事（圧縮過程のエンタルピ変化量
ΔＬ）が増加する。したがって、蒸発過程（Ｄ−Ａ）の
エンタルピ変化量Δｉの増加量より圧縮過程（Ａ−Ｂ）
のエンタルピ変化量ΔＬの増加量が大きい場合には、Ｃ
Ｏ2 サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝Δｉ／ΔＬ）が悪化
する。
と、圧縮機１の圧縮仕事（圧縮過程のエンタルピ変化量
ΔＬ）が増加する。したがって、蒸発過程（Ｄ−Ａ）の
エンタルピ変化量Δｉの増加量より圧縮過程（Ａ−Ｂ）
のエンタルピ変化量ΔＬの増加量が大きい場合には、Ｃ
Ｏ2 サイクルの成績係数（ＣＯＰ＝Δｉ／ΔＬ）が悪化
する。
【００１６】そこで、本実施形態では、放熱器２出口側
のＣＯ2 温度に対して成績係数が最大となる（図３に示
す温度と圧力との関係となる）ように、圧力制御弁３の
開度を調節して放熱器２出口側のＣＯ2 圧力を制御す
る。なお、図３に示す温度と圧力との関係は、放熱器２
出口側のＣＯ2 温度をパラメータとして、放熱器２出口
側のＣＯ2 圧力と成績係数と関係を図２を用いて試算し
（図４参照）、成績係数が最大となる、放熱器２出口側
のＣＯ2 温度と放熱器２出口側のＣＯ2 圧力とをを試算
したものである。因みに、図２の太い実線η max （最適
制御線）は、図３に示す温度と圧力との関係をＣＯ2 の
モリエル線上に描いたものである。
のＣＯ2 温度に対して成績係数が最大となる（図３に示
す温度と圧力との関係となる）ように、圧力制御弁３の
開度を調節して放熱器２出口側のＣＯ2 圧力を制御す
る。なお、図３に示す温度と圧力との関係は、放熱器２
出口側のＣＯ2 温度をパラメータとして、放熱器２出口
側のＣＯ2 圧力と成績係数と関係を図２を用いて試算し
（図４参照）、成績係数が最大となる、放熱器２出口側
のＣＯ2 温度と放熱器２出口側のＣＯ2 圧力とをを試算
したものである。因みに、図２の太い実線η max （最適
制御線）は、図３に示す温度と圧力との関係をＣＯ2 の
モリエル線上に描いたものである。
【００１７】次に、圧力制御弁３の構造について述べ
る。圧力制御弁３は、図５に示すように、球面状の弁カ
バー３１０とダイヤフラム３１１とにより密閉空間３１
２が形成されており、この密閉空間３１２内には、ＣＯ
2 が後述する弁口３１７が閉じた状態の密閉空間３１２
内体積に対して、約６００ｋｇ／ｍ3 の密度で封入され
ている。
る。圧力制御弁３は、図５に示すように、球面状の弁カ
バー３１０とダイヤフラム３１１とにより密閉空間３１
２が形成されており、この密閉空間３１２内には、ＣＯ
2 が後述する弁口３１７が閉じた状態の密閉空間３１２
内体積に対して、約６００ｋｇ／ｍ3 の密度で封入され
ている。
【００１８】３１３は弁ハウジングで、この弁ハウジン
グ３１３には、ＣＯ2 流路３２３内のうち放熱器２側の
空間３１４と蒸発器４側の空間３１５とに仕切る隔壁部
３１６が形成されている。そして、隔壁部３１６には弁
口３１７が開口しており、この弁口３１７と空間３１４
と連通させる連通路３１８が弁ハウジング３１３に形成
されている。
グ３１３には、ＣＯ2 流路３２３内のうち放熱器２側の
空間３１４と蒸発器４側の空間３１５とに仕切る隔壁部
３１６が形成されている。そして、隔壁部３１６には弁
口３１７が開口しており、この弁口３１７と空間３１４
と連通させる連通路３１８が弁ハウジング３１３に形成
されている。
【００１９】また、３１９は弁口３１７を開閉する弁体
部で、この弁体部３１９は、ダイヤフラム３１１の変位
に機械的に連動して可動するようにようにダイヤフラム
３１１に連結している。なお、弁体部３１９の弁部３２
０は、コイルスプリング３２１および密閉空間３１２内
圧力と空間３１４との差圧によって弁口３１７に押し付
けられている。
部で、この弁体部３１９は、ダイヤフラム３１１の変位
に機械的に連動して可動するようにようにダイヤフラム
３１１に連結している。なお、弁体部３１９の弁部３２
０は、コイルスプリング３２１および密閉空間３１２内
圧力と空間３１４との差圧によって弁口３１７に押し付
けられている。
【００２０】そして、３２２はコイルスプリング３２１
の初期荷重を調整するスペーサで、このスペーサ３２２
によってコイルスプリング３２１が調整され、弁部３２
０に所定の初期荷重が作用している。因みに、本実施形
態では、コイルスプリング３２１の初期荷重は、ダイヤ
フラム３１１での圧力換算で約１ＭＰａである。以下、
圧力制御弁３の作動について述べる。
の初期荷重を調整するスペーサで、このスペーサ３２２
によってコイルスプリング３２１が調整され、弁部３２
０に所定の初期荷重が作用している。因みに、本実施形
態では、コイルスプリング３２１の初期荷重は、ダイヤ
フラム３１１での圧力換算で約１ＭＰａである。以下、
圧力制御弁３の作動について述べる。
【００２１】密閉空間３１２内には、約６００ｋｇ／ｍ
3 でＣＯ2 が封入されているので、密閉空間３１２内圧
と温度とは、図２に示される６００ｋｇ／ｍ3 の等密度
線に沿って変化する。したがって、例えば密閉空間３１
２内温度が２０℃の場合には、その内圧は約５．８ＭＰ
ａである。また、弁体部３１９には、密閉空間３１２内
圧とコイルスプリング３２１の初期荷重とが同時に作用
しているので、その作用圧力は約６．８ＭＰａである。
3 でＣＯ2 が封入されているので、密閉空間３１２内圧
と温度とは、図２に示される６００ｋｇ／ｍ3 の等密度
線に沿って変化する。したがって、例えば密閉空間３１
２内温度が２０℃の場合には、その内圧は約５．８ＭＰ
ａである。また、弁体部３１９には、密閉空間３１２内
圧とコイルスプリング３２１の初期荷重とが同時に作用
しているので、その作用圧力は約６．８ＭＰａである。
【００２２】このため、放熱器側の空間３１４の圧力が
６．８ＭＰａ以下の場合には、弁口３１７は弁部３２０
によって閉止され、また、放熱器側の空間３１４の圧力
が６．８ＭＰａを越えると、弁口３１７は開弁する。同
様に、例えば密閉空間３１２内温度が４０℃の場合に
は、密閉空間３１２内圧は図５より約９．７ＭＰａであ
り、弁体部３１９に作用する作用力は約１０．７ＭＰａ
である。したがって、放熱器側の空間３１４の圧力が１
０．７ＭＰａ以下の場合には、弁口３１７は弁部３２０
によって閉止され、また、放熱器２側の空間３１４の圧
力が１０．７ＭＰａを越えると、弁口３１７は開弁す
る。
６．８ＭＰａ以下の場合には、弁口３１７は弁部３２０
によって閉止され、また、放熱器側の空間３１４の圧力
が６．８ＭＰａを越えると、弁口３１７は開弁する。同
様に、例えば密閉空間３１２内温度が４０℃の場合に
は、密閉空間３１２内圧は図５より約９．７ＭＰａであ
り、弁体部３１９に作用する作用力は約１０．７ＭＰａ
である。したがって、放熱器側の空間３１４の圧力が１
０．７ＭＰａ以下の場合には、弁口３１７は弁部３２０
によって閉止され、また、放熱器２側の空間３１４の圧
力が１０．７ＭＰａを越えると、弁口３１７は開弁す
る。
【００２３】ところで、図２から明らかなように、超臨
界域での６００ｋｇ／ｍ3 の等密度線は、最適制御線η
max にほぼ一致する。したがって、本実施形態に係る圧
力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力を、ほぼ最適制御
線ηmax に沿った圧力まで上昇させるので、超臨界域に
おいてＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができ
る。
界域での６００ｋｇ／ｍ3 の等密度線は、最適制御線η
max にほぼ一致する。したがって、本実施形態に係る圧
力制御弁３は、放熱器２の出口側圧力を、ほぼ最適制御
線ηmax に沿った圧力まで上昇させるので、超臨界域に
おいてＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができ
る。
【００２４】また、臨界圧力以下では、６００ｋｇ／ｍ
3 の等密度線は、最適制御線ηmaxからのズレが大きく
なるが、凝縮域なので密閉空間３１２の内圧は、飽和液
線ＳＬに沿って変化する。そして、コイルスプリング３
２１によって弁体部３１９に初期荷重が与えられている
ので、約１０℃の過冷却度（サブクール）を有する状態
に制御される。したがって、臨界圧力以下であっても、
ＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができる。
3 の等密度線は、最適制御線ηmaxからのズレが大きく
なるが、凝縮域なので密閉空間３１２の内圧は、飽和液
線ＳＬに沿って変化する。そして、コイルスプリング３
２１によって弁体部３１９に初期荷重が与えられている
ので、約１０℃の過冷却度（サブクール）を有する状態
に制御される。したがって、臨界圧力以下であっても、
ＣＯ2 サイクルを効率良く運転させることができる。
【００２５】因みに、密閉空間３１２内には、冷媒温度
が０℃での飽和液密度からＣＯ2 の臨界点での飽和液密
度までの範囲で冷媒を封入することが望ましい。具体的
にＣＯ2 では、４５０ｋｇ／ｍ3 〜９５０ｋｇ／ｍ3 で
ある。ところで、上記ＣＯ2 サイクルおよび圧力制御弁
３の作動説明から明らかなように、放熱器２出口側のＣ
Ｏ2 温度から放熱器２出口側のＣＯ2 圧力、すなわち高
圧側の圧力を推定することができる。
が０℃での飽和液密度からＣＯ2 の臨界点での飽和液密
度までの範囲で冷媒を封入することが望ましい。具体的
にＣＯ2 では、４５０ｋｇ／ｍ3 〜９５０ｋｇ／ｍ3 で
ある。ところで、上記ＣＯ2 サイクルおよび圧力制御弁
３の作動説明から明らかなように、放熱器２出口側のＣ
Ｏ2 温度から放熱器２出口側のＣＯ2 圧力、すなわち高
圧側の圧力を推定することができる。
【００２６】そこで、本実施形態では、温度センサ６の
検出温度Ｔ（放熱器２出口側のＣＯ 2 温度）が所定温度
（以下、この温度を第３所定温度と呼ぶ。）Ｔ3 以上と
なったときに、電磁クラッチ１ａへの通電を遮断して圧
縮機１を停止するとともに、検出温度Ｔが第２所定温度
Ｔ2 以上であるときは、モータ８へ通電して送風機７を
稼働させて、ＣＯ2 サイクル内（放熱器２出口側のＣＯ
2 圧力）が過度に上昇することを防止する。
検出温度Ｔ（放熱器２出口側のＣＯ 2 温度）が所定温度
（以下、この温度を第３所定温度と呼ぶ。）Ｔ3 以上と
なったときに、電磁クラッチ１ａへの通電を遮断して圧
縮機１を停止するとともに、検出温度Ｔが第２所定温度
Ｔ2 以上であるときは、モータ８へ通電して送風機７を
稼働させて、ＣＯ2 サイクル内（放熱器２出口側のＣＯ
2 圧力）が過度に上昇することを防止する。
【００２７】因みに、図６は温度センサ６の検出温度Ｔ
に基づくＥＣＵ５の作動を示すフローチャートであり、
以下、このフローチャートの説明をする。乗員が図示し
ないエアコンスイッチ（Ａ／ＣＳＷ）を投入すると（Ｓ
１１０）、電磁クラッチ１ａに通電されて圧縮機１が稼
働し、ＣＯ2 サイクルを起動する。
に基づくＥＣＵ５の作動を示すフローチャートであり、
以下、このフローチャートの説明をする。乗員が図示し
ないエアコンスイッチ（Ａ／ＣＳＷ）を投入すると（Ｓ
１１０）、電磁クラッチ１ａに通電されて圧縮機１が稼
働し、ＣＯ2 サイクルを起動する。
【００２８】次に、検出温度Ｔと第１所定温度Ｔ1 とを
比較し（Ｓ１２０）、検出温度Ｔが第１所定温度Ｔ1 以
下であるときは、モータ８への通電を停止する（Ｓ１３
０）。なお、既に通電が停止しているときは、その状態
を維持する。一方、検出温度Ｔが第１所定温度Ｔ1 より
高いときは、検出温度Ｔと第２所定温度Ｔ2 （＞Ｔ1 ）
と比較し（Ｓ１４０）、検出温度Ｔが第２所定温度Ｔ2
以上であるときは、モータ８へ通電して送風機７を稼働
させる（Ｓ１５０）。また、検出温度Ｔが第２所定温度
Ｔ2 未満であるときは、Ｓ１２０に戻る。
比較し（Ｓ１２０）、検出温度Ｔが第１所定温度Ｔ1 以
下であるときは、モータ８への通電を停止する（Ｓ１３
０）。なお、既に通電が停止しているときは、その状態
を維持する。一方、検出温度Ｔが第１所定温度Ｔ1 より
高いときは、検出温度Ｔと第２所定温度Ｔ2 （＞Ｔ1 ）
と比較し（Ｓ１４０）、検出温度Ｔが第２所定温度Ｔ2
以上であるときは、モータ８へ通電して送風機７を稼働
させる（Ｓ１５０）。また、検出温度Ｔが第２所定温度
Ｔ2 未満であるときは、Ｓ１２０に戻る。
【００２９】そして、送風機７が稼働しているときに、
検出温度Ｔと第３所定温度Ｔ3 とを比較して、検出温度
Ｔが第３所定温度Ｔ3 以上となったときには、電磁クラ
ッチ１ａへの通電を遮断して圧縮機１を停止する（Ｓ１
６０、Ｓ１７０）。なお、エアコンスイッチが切られた
ときは、図６に示すフローチャートは停止する。次に、
本実施形態の特徴を述べる。
検出温度Ｔと第３所定温度Ｔ3 とを比較して、検出温度
Ｔが第３所定温度Ｔ3 以上となったときには、電磁クラ
ッチ１ａへの通電を遮断して圧縮機１を停止する（Ｓ１
６０、Ｓ１７０）。なお、エアコンスイッチが切られた
ときは、図６に示すフローチャートは停止する。次に、
本実施形態の特徴を述べる。
【００３０】本実施形態によれば、温度センサ６の検出
温度Ｔから放熱器２出口側のＣＯ2圧力（高圧側の圧
力）を推定して圧縮機１の稼働状態を制御するので、通
常サイクルのごとく、圧力検出手段を必要としない。し
たがって、ＣＯ2 サイクルの製造原価上昇を抑制しつ
つ、ＣＯ2 サイクルの各機器を保護することができる。
ところで、上述の実施形態では、検出温度Ｔが第２所定
温度Ｔ2 以上であるときは、送風機７を稼働させて放熱
器２への送風量を増大させたが、検出温度Ｔの上昇に応
じて連続的に、又は段階的に送風量を増大させてもよ
い。
温度Ｔから放熱器２出口側のＣＯ2圧力（高圧側の圧
力）を推定して圧縮機１の稼働状態を制御するので、通
常サイクルのごとく、圧力検出手段を必要としない。し
たがって、ＣＯ2 サイクルの製造原価上昇を抑制しつ
つ、ＣＯ2 サイクルの各機器を保護することができる。
ところで、上述の実施形態では、検出温度Ｔが第２所定
温度Ｔ2 以上であるときは、送風機７を稼働させて放熱
器２への送風量を増大させたが、検出温度Ｔの上昇に応
じて連続的に、又は段階的に送風量を増大させてもよ
い。
【００３１】また、上述の実施形態では、温度センサ６
により直接、ＣＯ2 温度を検出したが、温度センサ６に
てＣＯ2 を流通する配管の壁面温度を検出するとによ
り、間接的にＣＯ2 温度を検出してもよい。また、上述
の実施形態では、モータ８（送風機７）を稼働させる温
度（第２所定温度Ｔ2 ）と、モータ８（送風機７）を停
止させる温度（第１所定温度Ｔ1 ）とが異なっていた
が、両所定温度Ｔ2 、Ｔ1 とを等しい温度（Ｔ2 ＝
Ｔ1 ）としてもよい。
により直接、ＣＯ2 温度を検出したが、温度センサ６に
てＣＯ2 を流通する配管の壁面温度を検出するとによ
り、間接的にＣＯ2 温度を検出してもよい。また、上述
の実施形態では、モータ８（送風機７）を稼働させる温
度（第２所定温度Ｔ2 ）と、モータ８（送風機７）を停
止させる温度（第１所定温度Ｔ1 ）とが異なっていた
が、両所定温度Ｔ2 、Ｔ1 とを等しい温度（Ｔ2 ＝
Ｔ1 ）としてもよい。
【００３２】また、本発明は、ＣＯ2 サイクルに限定さ
れるものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒
素等を冷媒とする超臨界サイクルにも適用することがで
きる。
れるものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒
素等を冷媒とする超臨界サイクルにも適用することがで
きる。
【図１】ＣＯ2 サイクルの模式図である。
【図２】ＣＯ2 のモリエル線図である。
【図３】放熱器出口側のＣＯ2 温度と圧力との関係を示
すマップである。
すマップである。
【図４】放熱器出口側のＣＯ2 温度をパラメータとす
る、放熱器出口側のＣＯ2 圧力と成績計数（ＣＯＰ）と
の関係を示すグラフである。
る、放熱器出口側のＣＯ2 圧力と成績計数（ＣＯＰ）と
の関係を示すグラフである。
【図５】圧力制御弁の断面図である。
【図６】電子制御装置の作動を示すフローチャートであ
る。
る。
１…圧縮機、２…放熱器、３…圧力制御弁、４…蒸発
器、５…電子制御装置、６…温度センサ（温度検出手
段）。
器、５…電子制御装置、６…温度センサ（温度検出手
段）。
Claims (2)
- 【請求項１】 冷媒を冷却する放熱器（２）の出口側の
冷媒圧力を、前記放熱器（２）の出口側の冷媒温度に基
づいて機械的に制御する圧力制御弁（３）を有するとと
もに、前記放熱器（２）内の圧力が冷媒の臨界圧力を越
える超臨界冷凍サイクルであって、 冷媒を吸入圧縮し、その圧縮した冷媒を前記放熱器
（２）に向けて吐出する圧縮機（１）と、 前記放熱器（２）の出口側の冷媒温度を検出する温度検
出手段（６）とを有し、 前記温度検出手段（６）の検出温度（Ｔ）が所定温度
（Ｔ3 ）を越えたときに、前記圧縮機（１）を停止させ
ることを特徴とする超臨界冷凍サイクル。 - 【請求項２】 冷媒を冷却する放熱器（２）の出口側の
冷媒圧力を、前記放熱器（２）の出口側の冷媒温度に基
づいて機械的に制御する圧力制御弁（３）を有するとと
もに、前記放熱器（２）内の圧力が冷媒の臨界圧力を越
える超臨界冷凍サイクルであって、 前記放熱器（２）に空気を送風する送風機（７）と、 前記放熱器（２）の出口側の冷媒温度を検出する温度検
出手段（６）とを有し、 前記温度検出手段（６）の検出温度（Ｔ）の上昇に応じ
て、前記送風機（７）の送風量を増大させることを特徴
とする超臨界冷凍サイクル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28893497A JPH11125471A (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 超臨界冷凍サイクル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28893497A JPH11125471A (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 超臨界冷凍サイクル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125471A true JPH11125471A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=17736713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28893497A Pending JPH11125471A (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 超臨界冷凍サイクル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11125471A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2797036A1 (fr) * | 1999-07-29 | 2001-02-02 | Daimler Chrysler Ag | Procede de fonctionnement d'une installation frigorifique pour vehicule fonctionnant en modes sous-critique et transcritique |
| FR2862745A1 (fr) * | 2003-11-25 | 2005-05-27 | Valeo Climatisation | Organe de detente a electronique integree pour boucle a fluide refrigerant, en particulier d'un appareil de climatisation pour habitacle de vehicule |
| JP2007212010A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Fuji Electric Retail Systems Co Ltd | 冷媒サイクル装置 |
| JPWO2008139528A1 (ja) * | 2007-04-27 | 2010-07-29 | 株式会社日立製作所 | 冷却サイクル系統、天然ガス液化設備、冷却サイクル系統の運転方法及び改造方法 |
-
1997
- 1997-10-21 JP JP28893497A patent/JPH11125471A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2797036A1 (fr) * | 1999-07-29 | 2001-02-02 | Daimler Chrysler Ag | Procede de fonctionnement d'une installation frigorifique pour vehicule fonctionnant en modes sous-critique et transcritique |
| FR2862745A1 (fr) * | 2003-11-25 | 2005-05-27 | Valeo Climatisation | Organe de detente a electronique integree pour boucle a fluide refrigerant, en particulier d'un appareil de climatisation pour habitacle de vehicule |
| EP1536193A1 (fr) * | 2003-11-25 | 2005-06-01 | Valeo Climatisation | Organe de détente à électronique intégrée pour boucle à fluide réfrigérant, en particulier d'un appareil de climatisation pour habitacle de véhicule |
| JP2007212010A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Fuji Electric Retail Systems Co Ltd | 冷媒サイクル装置 |
| JPWO2008139528A1 (ja) * | 2007-04-27 | 2010-07-29 | 株式会社日立製作所 | 冷却サイクル系統、天然ガス液化設備、冷却サイクル系統の運転方法及び改造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040615 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20041019 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |