JPS6294772A - 冷媒圧縮機の制御方法および装置 - Google Patents

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） 本発明は機内に凝縮した液冷媒の圧縮全防止するととも
に、運転時における余剰能力全有効に利用して、効率の
良い冷房サイクルを実現するようＫした冷媒圧縮機の制
御方法および装置に関する。

（従来の技術） 空気調和装置における冷媒圧縮機は、エバポレータ等の
冷房系を構成する熱交換器に比べて、一般に質量および
熱容量が大きく、熱量の変化に対する応答が緩慢に行な
われるため、その温度変化は周囲温度および熱交換器の
温度変化に比べて一定時間遅れて現われる。例えば、空
気調和装置の運転停止時においては、冷媒圧縮機と他の
熱交換器との表面温度差が著るしくなシ、空気調和装置
の運転開始当初には冷媒圧縮機の温度上昇の立ち遅れが
目立つようになる。

このような冷媒圧縮機の低温時には、機内において冷媒
の凝縮作用が進行し、液冷媒の生成全促すため、始動時
に内部に滞留した液冷媒を圧縮する事態が生じ、圧縮機
を破損させてしまう惧れがある。

一方、車１１用エアコンにおいては冷媒圧縮機の冷房能
力は、エンジンの定常回転時の能力より若干余裕を持っ
て設計され、その余剰能力によって冷媒ガスが過剰に吐
出される傾向がある。

冷媒圧縮機から吐出した冷媒は、エキスパンションバル
ブによって絞り膨張し、低圧に調圧されてからエバポレ
ータへ送シ込まれる。このような冷房サイクルでは、冷
媒圧縮機の高圧吐出分、その圧縮比が増加して、冷媒圧
縮機の高圧高温化を助長させる一方、前記圧縮比の増加
分所要動力が増大して成績係数の低下を招き、冷房サイ
クルの能率が低下するという不具合があった。

（発明が解決しようとする問題点） このような冷媒圧縮機の不具合については予てよシ指摘
されていたが、これを解決する有効な改善案は未だ見ら
れず、現状に至っている。

本発明はこのような点に鑑み、冷媒圧縮機と冷房系全構
成する熱交換器との間にヒートパイプを接続し、このヒ
ートパイプによる熱の授受を制御することによって、液
冷媒の圧縮を防止するとともに運転時における余剰能力
を活用して、効率の良い冷房サイクル全実現するように
した冷媒圧縮機の制御方法および装置を提供することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段） このため、本発明の冷媒圧縮機の制御方法は、冷房系を
構成する熱交換器と冷媒圧縮機との間に接続したヒート
パイプの熱伝達路を開閉する電磁弁を、熱交換器の表面
温度が冷媒圧縮機の表面温度よりも高温で、かつそれら
の表面温度差が冷媒圧縮機内に許容量の液冷媒を凝縮さ
せる凝縮温度と同温時に開弁させ、熱交換器の熱全冷媒
圧縮機に伝達させるようにして、冷媒圧縮機内部の液凝
縮作用全防止し、液冷媒の圧縮とその圧！！６に伴なう
圧縮機の破損全未然に防止するようにしたことを特徴と
している。

また、本発明の冷媒圧縮機の制御方法は、冷房系全構成
する熱交換器と冷媒圧縮機との間に接続したヒートパイ
ツーの熱伝達路を開閉する電磁弁を、冷媒圧縮機の表面
温度が熱交換器の表面温度よりも高温で、かつそれらの
表面温度差が冷媒圧縮機内における冷媒の焼付き温度以
下に設定した許容温度と同温時に開弁させ、冷媒圧縮機
の熱を熱交換器に伝達させるようにして、駆動時におけ
る冷媒圧縮機の冷却を図るとともに、その圧縮比を低減
させて所要動力の低減と吐出温度の降温化全図シ、圧縮
機の成績係数を改善することによって、効率の良い冷房
サイクルを実現させるようにしたこと全特徴としている
Ｏ 更に、本発明の冷媒圧縮機の制御装置は、冷房系を構成
する熱交換器と冷媒圧縮機との間にヒートパイプを接続
し、このヒートパイプｒＣその熱伝達路を開閉可能な電
磁弁を配設し、該電磁弁の作動を、熱交換器と冷媒圧縮
機との一定の表面温度差によって制御するようにして、
構造の簡潔と装置の小形Ｕｔ化を図るようにしたことを
特徴としている。

（実　施　例） 以下、本発明を車輌用エアコンに適用した図示実施例に
ついて説明すると、第１図乃至第４図においてｌは冷房
系を構成する熱交換器で、図示の場合にはエバポレータ
を示しておシ、２は冷媒圧縮機でプーリ３を介してエン
ジン（図示路〕の回転に連動させており、これらの熱交
換器１と冷媒圧縮機２に冷媒導管４が配管されている○
熱交換器１と冷媒圧ｉＭ機２との間にはヒートパイプ５
が接続され、より厳密には熱交換器１の吐出側の冷媒導
管４の近接位置に、ヒートパイプ５の一端が挿入され、
その他端が冷媒圧縮機２内の潤滑油経路部に挿入されて
いる０上記ヒートパイプ５は例えばアルミニウム等の管
材からなり、その内面にガラス繊維、織物銅または金網
からなるウィックを装着し、その内部に蒸発温度が１０
℃程度の動作流体を封入している。ヒートパイプ５の適
宜位↑ａには電磁弁６が介挿され、この電磁弁６はコン
トロールユニット７の制御信号によって作動を制御され
、管内の動作流体の蒸気流路を開閉可能にしている。

コントロールユニット７はマイクロコンピユー　タを内
ｎしており、該コンピュータによシコントロールユニッ
ト内証＠シ入れた信号を処理するようにしている。すな
わち、コントロールユニット７には、熱交換器１０表面
温度金検出する感熱センサ８からの信号ＳＲと、冷媒圧
縮機２の表面温度全検出する感熱センサ９からの信号Ｓ
ｃが入力され、これらの信号Ｓ、、Ｓｏの大小、換言す
れば表面温度の高低を上記マイクロコンピュータで比較
し判断するとともに、それらの温度差全上記信号Ｓ、、
Ｓｃに基いて演算し、かつその演算値とマイクロコンピ
ュータに予め記憶された後述の許容温度と比較して、前
者が後者より大きい場合に制御信号Ｓを前記電磁弁６に
出力するようにしている。

ｉｕ制御制卸Ｓは、熱交換器１と冷媒圧縮機２０表面温
度の高低状況によって、互いに異質な第１および第２制
御信号５１１８２に分かれ、このうち熱交換器１の表面
温度が冷媒圧縮器２０表面温度よりも高温の場合には第
１制御信号Ｓ１が、この反対に冷媒圧縮機２の方が高温
である場合は第２制御信号Ｓ２が、後述のような熱交換
器１と冷媒圧縮機２の表面温度差を条件として、電磁弁
６に出力さする。

すなわち、第１　ｉｆ＞ｉＪ　１卸店号Ｓ１は熱交換器
１の表面温匣が冷媒圧縮機２のそれよりも高温で、それ
らの表面温度差が、冷媒圧縮機２内に許容量ＶａＯ液冷
媒？凝縮させる凝縮温度ｔｃと同温（同一の温度差）に
至った場合に、コントロールユニット７から出力される
。上記凝縮温度ｔｃは、例えば第３図に示すように冷媒
の液凝縮特性を凝縮液量と温度との関係で示した凝縮液
量曲線に基いて、冷媒圧縮機２内における液冷媒の許容
量Ｖａ　ｋ縦軸に設定し、このＶａに相当する上記液量
曲線上の底部温度を求めることによって、上記凝縮温度
ｔｃを決定することができる。したがって、冷媒圧縮機
２内における液凝縮の許容量を僅少に設定し、圧縮機２
の破損防止を強化する場合には、上記表面温度差は僅少
値で設定されることとなる。

一方、第２制御信号Ｓ２は冷媒圧縮機２０表面温度が熱
交換器１のそれよシ高温で、それらの表面温度差が、冷
媒圧縮機２内における冷媒の焼付き温度以下の許容温度
ｔｂｔ−越えた場合に、コントロールユニット７から出
力される。上記許容温度ｔｂは、実施例の場合、冷媒圧
縮機２の吐出温度を制御する安全スイッチ（図示略）の
設定温度以下の、例えば１２０℃〜１３０℃に温度設定
されている。

なお、上述した実施例では電磁弁６の開閉手段として、
熱交換器１と冷媒圧縮機２の表面温度を利用しているが
、この方法に代えて例えばそれらの内部温度またはそれ
らの内部を循環する冷媒の温度を利用したシ、熱交換器
１および冷媒圧縮機２の各冷媒吐出圧を利用することも
可能である。

（作　　用） このように構成した冷媒圧縮機の制御方法および装置に
おいて、車輛用エアコンが例えば運転全停止している場
合には、熱交換器ｌや冷媒圧縮機２の表面温度は、エン
ジンルームないし外気の温度変化にしたがって温度変化
する。この場合、冷媒圧縮機２は熱交換器１に比べて一
般に質量が大きく、したがって熱容量が大きいために、
その温度変化が他の冷房機器に比べて遅く緩慢に行なわ
れて、他の冷房機器との間に表面温度差を生ずる。

この傾向は特に夏期において顕著になシ、その状況は出
願人が実測した第２図に示すデータにおいても顕著に現
われている。すなわち、同図によればＡ曲線で示される
気温の変化に対し、ＢＩＩＪ］ｉで示される熱交換器ｌ
の温度変化はやや早目に現われ、Ｃ曲線で示される冷媒
圧縮機２の温度変化は幾分遅目に現われるため、図示の
斜線部のように熱交換器ｌの表面温度が冷媒圧縮機２の
それよりも高温になり、両者の間に表面温度差が生ずる
、一定の時間帯が存在する。

このような場合には冷媒圧縮機２内の冷媒が凝縮して液
化し、これが機内に滞留する結果、車輛用エアコンの運
転開始時には液冷媒を圧縮する事態が生じて、冷媒圧縮
機２が破損される危険性がある。このような状況におい
て、熱交換器ｌと冷媒圧縮機２に装着した感熱上ンサ８
゜９から、検出信号Ｓｐ、Ｓｃが刻々とコントロールユ
ニット７に送られる。

コントロールユニット７は上記信号５Ｒ１Ｓｃ’を取シ
入れ、この入力信号を条件として内蔵したマイクロコン
ピュータによシ、その信号の大小、すなわち熱交換器１
と冷媒圧縮機２の表面温度の高低を判断し、かつ両者の
表面温度差全演算する。その結果、熱交換器１の表面温
度が冷媒圧縮機２のそれよりも高温であると判断した場
合ニハ、コントロールユニット７は第１制御信号Ｓ１の
出力モードに移行し、かつ後述の表面温度差を条件とし
て上記信号Ｓ１の出力を留保する。

すなわち、前記入力信号ＳＲ，Ｓｃに基づく熱交換器１
と冷媒圧縮機２０表面温度差がマイクロコンピュータに
よって演算され、その演算値と、マイクロコンピュータ
に予め記憶された当該冷媒圧縮機２内における液冷媒の
許容量筒に相当する凝縮温度ｔｃ　（出願人の実験値で
はｔｃ−］０〜１５℃で液凝縮が常に発生することが確
認された）とを比較し、前者が後者よりも大きい場合に
、第１制御信号Ｓ１がコントロールユニット７から電磁
弁６に出力される。

電磁弁６は常時は閉弁状態に置かれ、と−トパイプ５内
の動作流体の蒸気流路を閉塞して、加熱部と冷却部との
間における熱の受は渡しを阻止している。ヒートパイプ
５は常温下では電磁弁６の両側において、外気温と熱交
換器１または冷媒圧縮機２からの伝導熱を受けるため、
内部の動作流体が通常は双方の側で蒸発し、その蒸気流
がそれぞれ進路全遮られた状態に置かれている。

このような状況の下で電磁弁６が開弁されると、ヒート
パイプ５の内部では熱交換器１側の方が高温下に置かれ
、その蒸気圧が冷媒圧縮機２側のそれよシｉチ圧状態に
なって圧力差を生じているため、蒸気流が熱交換器１　
ｆｌｌｌｌから冷媒圧縮機２側へ移動する。蒸気流が冷
媒圧縮機２側、つまシこの場合には冷却側に移動すると
、冷却されて凝縮液になシライックに戻される。その際
、蒸気の凝縮によって蒸発潜熱が機２内に挿入したヒー
トパイプ５の管端部を介して、冷媒圧縮機２内に伝達さ
れ、熱交換器１と上記圧縮機２との間で熱の授受が行な
われて、吸熱側の冷媒圧縮機２の機内温度ないし表面温
度が上昇する。

このため、冷媒圧縮機２の表面温度の変化遅れが回復さ
れ、ヒートパイプ５による熱伝達後の冷媒圧縮機２の表
面温度は第２図のＤｌｆｔｌ線で示すように、気温の温
度変化に略追随して上昇し、８曲線で示す熱交換器１と
の表面温度差を縮める。したがって、冷媒圧縮機２内に
おける冷媒の液凝縮状況が消失し、液冷媒の生成が解消
されるから、エアコン運転開始時における液冷媒の圧縮
ないし圧縮機２の破損を未然に防止し得ることとなる。

また、このような状況は熱交換器１側からしても、器内
温度の低下を促し冷媒の温度上昇を抑止し得るから、熱
交換の能率を向上させるものとなる。

一方、このようにヒートパイプ５による熱伝達を介して
冷媒圧縮機２０表面温度が上昇し、熱交換器ｌの表面温
度との温度差が前記凝縮温度ｔｃ以下になると、この状
況が検出信号Ｓｑ、Ｓｃヲ介してコントロールユニット
７で判断され、前記第１制御信号Ｓ１の出力条件が解消
される。

このため、第１制御信号Ｓ１の出力が停止され、電磁弁
６が閉弁してヒートパイプ５内の蒸気流路を速断する。

したがって、この後ヒートパイプ５による熱の授受は行
なわれない。

次に車輛用エアコンが運転を開始し、冷媒圧縮機２が高
速回転して冷媒を高圧高温状態に加圧し、これをコンデ
ンサ側へ圧送し始めると、冷媒圧縮機２の表面温度が次
第に上昇する。特に冷媒圧縮機２はエンジンの定常回転
に対し多少の余裕全持たせて設計されているため、その
余剰能力運転時が多ｔＫ吐出され、これが熱交換器１の
入口でエキスパンションパルプによシ絞り膨張されて低
圧にされる。したがって、前記絞り分冷媒圧縮機２の圧
縮比が相対的に増加される結果、上記圧縮ａ！！２の圧
縮仕事が増加し、成績係数の低下と表面温度の上昇を助
長する。

このような場合の冷房サイクルは第４図のモリエル線図
上Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１の実線で示され、交換器１内で圧力
がＰに圧力低下して過剰に熱交換されす るため、エンジンの動力全冷媒圧縮機２に伝達するマグ
ネットクラッチ（図示略）が頻繁に断続作動し、かつエ
キスパンションパルプの絞す分冷媒圧縮機２の吐出温度
はｔｌの高温状態に置かれている。

このような状況において、熱交換器１と冷媒圧縮機２に
装着された感熱センサ８，９がら、検出信、号５Ｒ１Ｓ
ｃがコントロールユニット７に送られると、コントロー
ルユニット７は上記信号５Ｒ２Ｓｏを取り入れ、この入
力信号を条件として内蔵したマイクロコンピュータによ
り、その信号の大小、すなわち熱交換器１と冷媒圧縮ｐ
ｅ２の表面温度の高低を判断し、かつ両者の表面温度差
全演算する。その結果、冷媒圧縮機２０表面温度が熱交
換器１のそれよりも高温であると判断した場合には、コ
ントロールユニツ）　７　（ｄ。

第２１１Ｊ御信号Ｓ２の出力モードに移行し、かつ後述
する表面温度差を条件として上記信号Ｓ２の出力を留保
する。

すなわち、前記入力信号軸＋Ｓｅに基づく熱交換器１と
冷媒圧縮機２０表面温度差がマイクロコンピュータによ
って演算され、その演算値と、マイクロコンピュータに
予め記憶された当該冷媒圧縮機２内における冷媒の焼付
き温度以下に設定された許容温度ｔｂ、実施例では冷媒
圧縮機２の冷媒吐出温度全制御する安全スイッチの動作
温度（１５０°Ｃ）以下の１２０〜１３０°Ｃに設定、
と全比較し、前者が後者よりも天きい場合に第２制御信
号Ｓ２がコントロールユニット７かうｓ心弁６に出力さ
れる。

電磁弁６は前述のように常時は閉弁状態に置かれ、ヒー
トパイプ５内の動作流体の蒸気流路を閉塞して、加熱部
と冷却部との間における熱の受は渡しを阻止している。

このような状況の下で電磁弁６が開弁されると、動作流
体の蒸気流は、冷媒圧縮機２側の方が高温下に置かれ、
その蒸気圧が熱交換器１側のそれよ如も高圧状態になっ
て圧力差を生ずるため、冷媒圧縮機２から熱交換器１側
へ移動する。蒸気流が熱交換器１側、つまシこの場合に
は冷却側に移動すると、冷却されて凝縮液になシソイッ
クに戻される。その際、蒸気の凝縮によって蒸発潜熱を
器１内に挿入したヒートパイプ５の管端部を介して、熱
交換器１内に伝達する。このため、熱交換器ｌと冷媒圧
縮機２との間で熱の授受が行なわれ、放熱側の冷媒圧縮
機２の機内温度ないし表面温度が低下し、機内の潤滑油
が冷却される。

すなわち、この状況は第４図のモリエル線上Ａ２Ｂ２Ｃ
２Ｄ、２のｂ１線で示され、エキスパンションパルプで
絞り膨張された熱交換器１内の冷媒圧力がＰｌからＰ２
に圧力上昇し、その上昇分冷媒圧縮機２の圧縮比が低下
して、圧縮仕事の熱尚量が実線で示す余剰能力運転時か
らｈ４＋　ｈ２−　ｈｌ−ｈ５分減少し、また圧縮機２
の所要動力は１ｈ４−　ｈ１１／ｌｈ、　−ｈ５１−１
ｈ５−　ｈ２１／１ｈ２−ｈ５１Ｇ減少する。したがっ
て冷媒圧縮機２の理論成績係数は、余剰能力運転時に比
べてｌｈ２　　ｈｓｌ／ｌｈ３　　ｈ２１１ｈ１ｈ５Ｖ
ｌｈ４　　ｈ１１分増加し、冷房サイクルの能率が向上
することが理解される。

また、その際の冷媒圧縮機２における冷媒の吐出温度は
、同図上からｔ＋−ｔ２分低下することが認められる。

このような状況は換言すれば、ｈ２−ｈｌのエンタルピ
を冷媒圧縮機２の冷却用に用いて、圧縮比増大による断
熱圧縮効率の低下を減少させ、吐出温度上昇と所要動力
の増大を防止したことに相当する。

一方、このようにヒートパイプ５による熱伝達を介して
熱交換器１の表面温度が上昇し、冷媒圧縮機２０表面温
度との温度差が前記許容温度ｔｂ以下になると、この状
況が検出信号５Ｒ９Ｓｃヲ介シてコントロールユニット
７で判断され、前記第２制御信号Ｓ２の出力条件が解消
される。

このため、第２制御信号Ｓ２の出力が停止され、電磁弁
６が閉弁してヒートパイプ５内の蒸気流路を遮断する。

したがって、この後ヒートノ＜イブ５による熱の授受は
行なわれない。

（発明の効果） 本発明の冷媒圧縮機の制御方法は以上のように、冷房系
を構成する熱交換器と冷媒圧縮機との間に接続したヒー
トパイプの熱伝達路を開閉する電磁弁を、熱交換器の表
面温度が冷媒圧縮機の表面温度よりも高温で、かつそれ
らの表面温度差が冷媒圧縮機内に許容量の液冷媒を凝縮
させる凝縮温度と同温時に開弁させ、熱交換器の熱を冷
媒圧縮機に伝達させるようにしたから、冷媒圧縮機内の
昇温か促され、熱交換器と冷媒圧縮機の温度差に基づく
圧縮機内部の液凝縮状況を消失させ、かつ液冷媒の生成
を阻止して、液冷媒の圧縮とこの圧縮によシ引き起こさ
れる冷媒圧縮機の破損を防止することができる効果があ
る。

また、本発明の冷媒圧縮機の制御方法は、冷房系を構成
する熱交換器と冷媒圧縮機との間に接続したヒートパイ
プの熱伝達路全開閉する電磁弁を、冷媒圧縮機の表面温
度が熱交換器の表面温度よりも高温で、かつそれらの表
面温度差が冷媒圧組機内における冷媒の焼付き温度以下
に設定した許容温度と同温時に開弁させ、冷媒圧縮機の
熱を熱交換器に伝達させるようにしたから、駆動時にお
ける冷媒圧縮機の冷却が可能になシ、また熱交換器内部
の冷媒の圧力上昇を促して、冷媒圧縮機の圧縮比の減少
を図シ、その所要動力の低減と吐出温度の上昇全防止し
て成績係数を改善できるから、高効率の冷房サイクルを
実現できる効果がある。

更に本発明の冷媒圧縮機の制御装置は、冷房系を構成す
る熱交換器と冷媒圧縮機との間にヒートパイプを接続し
、このヒートパイプにその熱伝達路を開閉可能な電磁弁
を配設し、該電磁弁の作動を、熱交換器と冷媒圧縮機と
の一定の表面温度差によって制御するようにしたから、
熱伝達手段として動力を要することなく、設備費の低減
と装置の小形軽量化を図ることができ、しかも電磁弁の
作動を上記表面温度差によシ制卸しているから、内部温
度差や圧力差による制御方法に比べて構成が簡潔になシ
、これを容易に製作することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御系を示す説明図、第２図は本発明
の使用時における冷媒圧縮機の一日の温度変化特性を、
熱交換器や気温の変化とともに示す温度変化特性図、第
３図は本発明に使用する冷媒の液凝縮特性図、第４図は
本発明を適用した冷房サイクルを従来のものと比較して
示した特性図である。 １・・・熱交換器、２・・・冷媒圧縮機、５・・・ヒー
トパイプ、６・・・電磁弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷房系を構成する熱交換器と冷媒圧縮機との間に
   接続したヒートパイプの熱伝達路を開閉する電磁弁を、
   熱交換器の表面温度が冷媒圧縮機の表面温度よりも高温
   で、かつそれらの表面温度差が冷媒圧縮機内に許容量の
   液冷媒を凝縮させる凝縮温度と同温時に開弁さ せ、熱交換器の熱を冷媒圧縮機に伝達させるようにした
   ことを特徴とする冷媒圧縮機の制御方法。
2. （２）冷房系を構成する熱交換器と冷媒圧縮機との間に
   接続したヒートパイプの熱伝達路を開閉する電磁弁を、
   冷媒圧縮機の表面温度が熱交換器の表面温度よりも高温
   で、かつそれらの表面温度差が冷媒圧縮機内における冷
   媒の焼付き温度以下に設定した許容温度と同温時に開弁
   させ、冷媒圧縮機の熱を熱交換器に伝達させるようにし
   たことを特徴とする冷媒圧縮機の制御方法。
3. （３）冷房系を構成する熱交換器と冷媒圧縮機との間に
   ヒートパイプを接続し、このヒートパイプにその熱伝達
   路を開閉可能な電磁弁を配設し、該電磁弁の作動を、熱
   交換器と冷媒圧縮機との一定の表面温度差によつて制御
   するようにしたことを特徴とする冷媒圧縮機の制御装置
   。