JPS6332271A - 冷凍サイクル装置 - 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〕 本発明は冷凍サイクル装置に関するもので、より詳しく
言えば、冷凍サイクル装置における冷媒量の不足を検出
す゛る装置に関するものであり、例えば自動車用空調装
置の冷凍サイクル装置に用いて好適なものである。

〔従来の技術〕

冷凍サイクル装置における冷媒量が不足すると、冷媒と
一緒にサイクル内を循環するコンプレソザ潤滑オイルが
サイクル各部に滞留してコンプレッサへのオイル戻りが
悪化し、コンプレッサの焼付き等の重大な不具合が生し
ることがある。

このため、自動車空調用などの冷凍サイクル装置におい
ては、冷媒不足の検出装置として種々なものが提案され
ており、その代表的なものとしては、実開昭５４−３２
１３７号公報、特公昭５７−３８４４７号公報に示され
ているごとく、冷凍サイクル停止時（コンプレッサ起動
前）における冷媒圧力とサイクル内冷媒充填量との間に
相関関係があることに注目し、冷媒圧力の低下を検出す
ることにより冷媒不足を検出するようにしたものが知ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、本発明者らの実験検討によると、サイク
ル停止時の冷媒圧力とサイクル内冷媒充填量との関係は
第６図に示すようなものであって、冷媒充填量が適正量
の０．５になるまで冷媒圧力ははとんど変化しない。そ
れ故、冷媒不足の判定レベルはかなり低目の冷媒圧力に
設定しなければならず、その結果冷媒充填量が適正量の
０゜１〜０．２程度まで減少しないと、冷媒不足を検出
できないという問題点がある。

本発明は上記点に鑑みてなされたもので、冷媒不足を早
い時点で的確に検出することができる冷凍サイクル装置
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〕

本発明は上記目的を達成するため、 （ａンコンプレソサと、 （ｂｌこのコンプレッサの吐出側に接続され、ガス冷媒
を凝縮する凝縮器と、 ｔｃ＋この凝縮器の下流側に接続され前記凝縮器からの
液冷媒を減圧膨張する減圧装置と、（ｄ）この減圧装置
の下流側と前記コンプレッサの吸入側との間に接続され
、前記減圧装置を通過した冷媒を蒸発させる蒸発器と、 ｔｅ＋前記蒸発器出口側の冷媒温度を検出する温度検出
手段と、 ｆｆｌこの温度検出手段の冷媒温度検出信号が入力され
、前記コンプレッサ起動前後の蒸発器出口側冷媒温度の
差を算出し、その温度差が所定値以下の場合に冷媒不足
であると判定する制御手段とを備えるという技術的手段
を採用する。

〔作用〕

本発明者の実験検討によると、コンプレッサ起動前後の
蕪発器出口側冷媒温度の差ΔＴＲはサイクル内の冷媒充
填量に対して第５図に示すような関係になることが判明
した。すなわち、第５図においてコンプレッサ起動前の
冷媒温度ＴＲ，と起動後の冷媒温度ＴＲとの差ΔＴＲは
、冷媒充填量が０．５程度まで減少すると、これに伴っ
て大幅に減少することが判明した。これは、冷媒充填量
の減少に伴ってコンプレッサ起動後の蒸発器出口冷媒が
過大な過熱度を持つためであると考えられる。

従って、冷媒不足の判定レヘルを例えば５℃に設定すれ
ば、上記温度差ΔＴＲが５℃以下になった時、前記制御
手段によって冷媒不足であると判定することができる。

（発明の効果〕 従って、本発明においては、従来技術に比して、著しく
早い時点で冷媒不足を検出できることになり、コンプレ
ッサの耐久性、冷凍サイクルの冷却能力確保等の点から
実用上極めて有利である。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明を自動車空調用冷凍サイルに適用した実
施例を示すものであって、１０はコンプレッサで、電磁
クラッチ１１を介して自動車エンジン１２により駆動さ
れる。

コンプレッサ１０の吐出側には凝縮器１３が接続されて
おり、この凝縮器１３はコンプレッサ１０から吐出され
たガス冷媒を冷却用ファン１４によって送風される冷却
空気により冷却して凝縮する。冷却ファン１４はモータ
１４ａにより駆動さく６） れる。

凝縮器１３の下流側には、液冷媒を溜めるレシーバ１５
を介して電気式膨張式１６が接続されている。この膨張
弁１６はその弁開度が電気的に制御されるものであって
、レシーバ１５からの液冷媒を減圧膨張させる減圧装置
としての役割を果す。

電気式膨張弁１６の下流側には蒸発器１７が接続されて
おり、この蒸発器１７は膨張弁１６をｉｍ遇した気液２
相冷媒と送風ファン１８によって送風される車室内又は
車室外空気とを熱交換して液冷媒を蒸発させる。冷媒の
蒸発潜熱により冷却された冷風は、ヒータユニット２４
を介して車室内へ吹出す。ヒータユニット２４には、周
知のごとくエンジン冷却水を熱源とするヒータコア２４
１、このヒータコア２４１を通過して加熱される温風と
ヒータコア２４１のバイパス路２４２を通過する冷風の
風量割合を調節して車室内への吹出空気温度を調節する
温度制御ダンパ２４３等が内蔵されている。蒸発器１７
の下流側はコンプレッサ１０の吸入側に接続されている
。

２０は蒸発器１７の入口配管部に設置され、蒸発器入口
側の冷媒温度ＴＥを検出する第１の冷媒温センサで、サ
ーミスタよりなる。

２１は蒸発器１７の出口配管部に設置され、蒸発器出口
側の冷媒温度ＴＲを検出する第２の冷媒温センサで、サ
ーミスタよりなる。この第１、第２の冷媒温センサ２０
．２１は出入口配管内に設置して冷媒温度を直接検出す
る方式と、出入口配管の表面に密着固定するとともに、
断熱材でセンサ取付部を被覆して配管表面温度を検出す
る方式のいずれでもよいが、実用上は検出温度の正確さ
から前者の方式が有利である。

２２は制御回路で、上記各センサ２０．２１の検出信号
が入力される入力回路２２ａと、この入力回路２２ａか
らの入力信号に基いて所定の演算処理を行うマイクロコ
ンピュータ２２ｂと、このマイクロコンピュータ２２ｂ
の出力信号に基いて電磁クラッチ１１および電気式膨張
弁１６への通電を制御する出力回路２２ｃとを有してい
る。

入力回路２２ａはアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ−Ｄ変換器等を内蔵しており、また出力回路２２
．Ｃは、負荷を駆動するリレー回路等を内蔵している。

一方、マイクロコンピュータ２２ｂは、単一チップのＬ
ＳＩからなるディジタルコンピュータ、により形成され
ており、このマイクロコンピュータ２２ｂは定電圧回路
（図示しない）から定電圧を受けて作動準備完了状態に
おかれる。この場合、前記定電圧回路は自動車エンジン
１２のイグニッションスイッチ（図示しない）の閉成に
応答して車載の直流電源（バッテリ）から直流電圧を受
けて前記定電圧を生じる。マイクロコンピュータ２２ｂ
は、中央処理装置（以下Ｃ，Ｐ　Ｕと称する）、メモリ
　（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、クロック回路等を備えており、
これらＣＰＵ、メモリ　（ＲＯＭＳＲＡＭ）、クロック
回路はパスラインを介して互いに接続されている。マイ
クロコンピュータ２２ｂのメ・モリ　（、ＲＡＭ）は入
力回路２２ａからの各ディジタル信号を受けて一時的に
記憶し、これら各信号をＣＰＵに選択的に付与する。マ
イクロコンビュータ２２ｂのクロック回路は、水晶発振
器と協働して所定周波数を有するクロック信号を発生し
、これに基づいてマイクロコンピュータ２２ｂにおける
所定の制御プログラムの実行を許容する。

マイクロコンピュータ２２ｂのメモリ　（ＲＯＭ）内に
は、後述するような演算処理をマイクロコンピュータ２
２・ｂ内にて実行するために前記所定の制御プログラム
が予め記憶されている。

第２図は電気式膨張弁１６の具体的構造を例示するもの
であって、１６０はベース部材で、その一端側に冷媒入
口通路１６１を有し、他端側に冷媒出口通路１６２を有
している、。１６３は非磁性体からなる円筒状部材で、
冷媒を減圧膨張させる２つの弁孔１６３ａ、１６３ｂを
対称位置に開口している。１６４は円筒部材１６３の内
周に摺動自在に挿入された磁性体製のプランジャであり
、励磁コイル１６６に通電しない状態ではコイルスプリ
ング１６５によりプランジャ１６４が押圧されて最下端
の位置にあって、２つの弁孔１６３ａ、１６３ｂをプラ
ンジャ側面により全閉している。

１６７はプランジャ１６４に対向設置された固定磁極部
材で、円筒状ヨーク１６８の上端に固定されている。１
６９は上記部材１６４．１６７．１６８とともに励磁コ
イル１６６の磁気回路を構成する磁性端板である。励磁
コイル１６６に通電すると、プランジャ１６４と固定磁
極部材１６７との間に磁気吸引力が生じ、プランジャ１
６４はコイルスプリング１６５のばね力に抗して固定磁
極部材１６７に吸着され、弁孔１６３ａ、１６３ｂを開
ける。従って、励磁コイル１６６にパルス波形の電圧を
印加することによりプランジャ１６４が連続的に往復動
して、弁孔１６３ａ、１６３ｂの開閉を連続的に繰返す
。そして、励磁コイル１６６へのパルス波形入力電圧の
デユーティ比（所定周期におけるオン−オフの比率）を
変えることにより、弁孔１６３ａ、１６３ｂの開閉比率
が変化して、冷媒流量を調節できる。つまり、励磁コイ
ル１６６への入力電圧のデユーティ比を変えることによ
り、膨張弁１６の弁開度を実質的に調節できる。

次に、本実施例装置の作動を第３図、第４図に示すフロ
ーチャートに基いて説明する。図示しない空調装置作動
スイッチを投入することにより、第３図のステップ４０
０がスタートし、次のステップ４０１において初期条件
として、膨張弁制御の目標とする冷媒過熱度ＳＨＯ、ガ
ス不足判定温度Ｔｃ、ＰＩＤ制御の比例ゲインＫｐ、積
分時間Ｔｉ、ｉ分時間Ｔｄ、起動時の弁開度すなわちデ
ユーティ比ＤＴＯ，カウンタＮ１判定値Ｚの設定を行う
。次のステップ４０２でコンプレッサ起動前の蒸発器出
口冷媒温度すなわち周囲温度を第２の温度センサ２１で
測定し、ＴＲＯとして記憶する。次のステップ４０３で
クラッチ１１をＯＮし、コンプレッサ１０を起動する。

次のステップ４０４で蒸発器１７の出入口のそれぞれの
冷媒温度を第１、第２の温度センサ２０．２１で測定し
、ＴＥ、ＴＲとして記憶する。次のステップ４０５でコ
ンプレッサ１０起動後の経過時間が１分以上で２分以内
かを判定する。このステップ４０５において、カウンタ
Ｎの計数がＮ＞３０．Ｎ＜６０と定められているのは、
後述するステップ４１０（カウンタＮの計算を行うステ
ップ）の次に２秒抑待機するステップ４１２が設けられ
ているためである。ステップ４０５の判定がＹＥＳなら
ば、ステップ４１３に進み、コンプレッサ起動前の冷媒
温度ＴＰＯと起動後の冷媒温度ＴＲとの温度差ΔＴＲ（
−ＴＰＯ−ＴＲ）と判定温度Ｔｃ（＝５℃）とを比較し
、ΔＴＲが５℃以上の場合はＹＥＳとなり、ステップ４
１４で判定値Ｚを１にする。

一方、前記ステップ４０５の判定がＮＯであるときは直
接ステップ４０６に進み、ここで蒸発器出入口の冷媒温
度差を計算し、ＳＨとする。次のステップ４０７で目標
とするＳＨＯと実際のＳＨとの偏差ｅ、、を計算し、次
のステップ４０８でＰＩＤ制御によりデユーティ比ＤＴ
、を算出する。

このデユーティ比ＤＴ１１は電気式膨張弁１６の弁開度
を決定する制御信号である。次のステップ４０９でＤ　
Ｔｎ　、ｅ　ｎ−ｚ　、ｅｎ−＋のデータ更新を行い、
ステップ４１０でカウンタの計算を行う。次のステップ
４１１おいてコンプレッサ起動から２背後で、かつ判定
値ＺがＯのときに冷媒不足と判定し、ステップ４１５へ
進み、電磁クラッチ１１をオフし、コンプレッサ１０を
停止し、ステップ４１６で制御ルーチンが終了する。

また、ステップ４１１において判定値Ｚ＝１であるとき
、すなわち冷媒量が正常であるときは判定がＮＯとなり
、次のステップ４１２で２秒間で待機して再びステップ
４０４へ戻る。

冷媒充填量が適正量である場合には、前述のステップ４
０４〜４１２が繰返し実行され、そして第４図に示す割
り込みフローチャートに従って電気式膨張弁１６がデユ
ーティ比ＤＴアでもって駆動され、弁開度が制御される
。

なお、上述の実施例では、電気式膨張弁１Ｇの弁開度を
制御するために用いられる第２の冷媒温センサ２１の検
出信号をそのまま利用して冷媒不足の検出を行っている
ので、冷媒不足検出のための専用のセンサを必要とせず
、構成が簡単になるという利点を有しているが、本発明
は電気式膨張弁の有無とは関係なく、冷媒不足の検出そ
れ自身に特徴を持つものであるから、減圧装置として温
度作動式膨張弁などを用いる冷凍サイクル装置に対して
も本発明は同様に実施できる。但し、この場合には冷媒
不足検出用として蒸発器１７の出口側に冷媒温センサを
新たに設ける必要がある。

また、冷媒不足時に電磁クラッチ１１をオフするだけで
なく、表示手段（ランプ等）によって使用者に対し冷媒
不足を表示するようにしてもよい。

′　また、コンプレッサ１０として可変容量型のものを
用いる冷凍サイクル装置に対しても本発明は全く同様に
実施できる。

また、第５図に示される特性に鑑みて、外気温を検出し
、冷媒不足の判定温度Ｔｃを外気温が上昇するにつれて
高くするように補正すれば、高負荷時にはより一層早い
時点で冷媒不足を検出することができる。

また、上述の実施例では、電気式膨張弁１６の制御手段
、冷媒不足判定のための制御手段等をすべてマイクロコ
ンピュータ２２ｂを用いて構成する場合について説明し
たが、上記の各手段を、個々の電気回路素子を組合せた
電気回路にて構成することも可能である。

また、本発明は自動車空調用に限らず、種々な用途の冷
凍サイクルに広く適用可能であることはいうまでもない
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は冷凍サイ
クルと電気制御系統を含む全体構成図であり、第２図は
電気式膨張弁の具体的構造を例示する断面図、第３図お
よび第４図はマイクロコンピュータによる制御を例示す
るフローチャート、第５図は本発明による冷媒不足判定
方法を説明するグラフ、第６図は従来の冷媒不足判定方
法を説明するグラフである。 １０・・・可変容量コンプレッサ、１１・・・電磁クラ
ッチ、１３・・・凝縮器、１６・・・電気式膨張弁（減
圧装置）、１７・・・蒸発器、２０．２１・・・冷媒温
センサ（温度検出手段）、２２・・・制御回路、２２ｂ
・・・マイクロコンピュータ。 第１図 第４図 Ｏ−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　（ａ）　コンプレッサと、 （ｂ）　このコンプレッサの吐出側に接続され、ガス冷
   媒を凝縮する凝縮器と、 （ｃ）　この凝縮器の下流側に接続され前記凝縮器から
   の液冷媒を減圧膨張する減圧装置と、 （ｄ）　この減圧装置の下流側と前記コンプレッサの吸
   入側との間に接続され、前記減圧装置を通過した冷媒を
   蒸発させる蒸発器と、 （ｅ）　前記蒸発器出口側の冷媒温度を検出する温度検
   出手段と、 （ｆ）　この温度検出手段の冷媒温度検出信号が入力さ
   れ、前記コンプレッサ起動前後の蒸発器出口側冷媒温度
   の差を算出し、その温度差が所定値以下の場合に冷媒不
   足であると判定する制御手段とを備える冷凍サイクル装
   置。
2. （２）　前記減圧装置が電気的に弁開度を制御する電気
   式膨張弁である特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイク
   ル装置。
3. （３）　前記電気式膨張弁の弁開度が前記温度検出手段
   により検出される蒸発器出口側冷媒温度に基いて制御さ
   れるように構成した特許請求の範囲第２項記載の冷凍サ
   イクル装置。