WO2017086343A1 - 車両用空調装置の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両 - Google Patents

車両用空調装置の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両 Download PDF

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輝明 辻
光彦 赤星
真 吉田
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    • F25B2700/21173—Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator at the outlet

Definitions

  • the coefficient of performance is known as an index indicating the capacity of the refrigeration cycle, and is calculated as a value obtained by dividing the cooling capacity in the evaporator by the power for driving the compressor. For example, the coefficient of performance can be increased by increasing the cooling capacity and reducing the power for driving the compressor.
  • Patent Document 1 is characterized in that a refrigerant temperature detection device (such as a temperature sensitive cylinder) for controlling the expansion device is arranged in a path between the internal heat exchanger and the compressor.
  • a refrigerant temperature detection device such as a temperature sensitive cylinder
  • the valve opening of the expansion device is controlled based on the energy state of the refrigerant after completion of heat transfer in the internal heat exchange, and the increase in the enthalpy of the refrigerant flowing into the compressor is suppressed, and the coefficient of performance Can be prevented.
  • Patent Document 1 a refrigerant temperature detection device newly disposed between the internal heat exchanger and the compressor is necessary, and deterioration of productivity is inevitable. In recent years, there is a strong demand for improvement in productivity of vehicles. However, setting a new temperature detection device in an engine chamber in which many parts are arranged in a complicated manner remarkably goes against improvement in productivity.
  • an object of the present disclosure relates to a refrigeration cycle for vehicle air conditioning including an internal heat exchanger and a vehicle equipped with the refrigeration cycle, and an internal heat exchanger that can suppress a decrease in coefficient of performance without adding parts. It is providing the refrigeration cycle for vehicle air conditioning provided with, and the vehicle carrying this.
  • a refrigeration cycle of a vehicle air conditioner includes a refrigerant circuit that circulates a refrigerant by connecting a compressor, a condenser, an electronically controlled expansion valve, and an evaporator with piping, and the electronically controlled type from the condenser.
  • a first sensor that detects a temperature of the evaporator or a temperature of the air that has passed through the evaporator; a pressure sensor that detects a pressure of the refrigerant between the condenser and the internal heat exchanger; At least one of a sensor and a second temperature sensor having a measurement point between the evaporator and the internal heat exchanger, and the degree of superheat of the refrigerant between the internal heat exchanger and the compressor Based on the opening degree of the electronically controlled expansion valve A valve opening control device for controlling, the valve opening control device as a parameter of a detection value of the pressure sensor, a detection value of the first temperature sensor and a detection value of the second temperature sensor. A calculated superheat value calculated using at least one of them is employed as the superheat degree.
  • the valve opening degree control device includes a calculation unit that calculates the calculated superheat degree, and the temperature value of the refrigerant converted from the detection value of the pressure sensor.
  • a [° C.] the detection value of the first temperature sensor is b [° C.]
  • the detection value of the second temperature sensor is c [° C.]
  • the difference between the detection value c and the detection value b is ⁇ [° C.]
  • the calculation unit uses the (Equation 2) or (Equation 3) to calculate the internal heat exchanger.
  • T1 is the measured temperature value of the refrigerant on the inlet side of the first heat exchange unit
  • T3 is the measured temperature value of the refrigerant on the outlet side of the second heat exchange unit
  • T4 is It is an actually measured temperature value of the refrigerant on the inlet side of the second heat exchange unit.
  • the calculation unit uses the detected value c [° C.] of the second temperature sensor to estimate the temperature X [° C.], and calculates the calculated superheat degree.
  • the detection value b [° C.] of the first temperature sensor More accurately, the degree of superheat of the refrigerant sucked by the compressor can be estimated, and as a result, a decrease in the coefficient of performance can be more reliably suppressed.
  • the vehicle according to the present invention includes the refrigeration cycle of the vehicle air conditioner according to the present invention.
  • a vehicle including a vehicle air conditioner with a high coefficient of performance can be provided without deteriorating productivity.
  • the present disclosure relates to a refrigeration cycle for vehicle air conditioning including an internal heat exchanger and a vehicle equipped with the refrigeration cycle, and a vehicle including an internal heat exchanger that can suppress a decrease in coefficient of performance without adding parts.
  • a refrigeration cycle for air conditioning and a vehicle equipped with the same can be provided.
  • FIG. 1 is a system diagram showing an example of a refrigeration cycle of a vehicle air conditioner according to the present embodiment.
  • the refrigeration cycle 1 of the vehicle air conditioner according to this embodiment includes a compressor 2, a condenser 3, an electronically controlled expansion valve 4, and an evaporator 5 connected by pipes 61 to 66.
  • a refrigerant circuit 100 that circulates the refrigerant, a first heat exchange unit 11 through which the refrigerant guided from the condenser 3 to the electronically controlled expansion valve 4 flows, and a refrigerant that flows from the evaporator 5 to the suction side of the compressor 2 flow through.
  • An internal heat exchanger 10 that performs heat exchange of the refrigerant with the two heat exchange units 12, a pressure sensor 31 that detects the pressure of the refrigerant between the condenser 3 and the internal heat exchanger 10, and the evaporator 5.
  • a second temperature sensor 33 having a measurement point between the evaporator 5 and the internal heat exchanger 10 for detecting the temperature of the air or the temperature of the air that has passed through the evaporator 5.
  • a valve opening degree control device 40 for controlling the valve opening degree of the electronically controlled expansion valve 4 based on the detected value of the pressure sensor 31 and the first temperature sensor as parameters.
  • a calculated superheat value calculated using at least one of the detected value of 32 and the detected value of the second temperature sensor 33 is employed as the superheat degree.
  • the refrigerant circuit 100 is a closed circuit in which the compressor 2, the condenser 3, the electronically controlled expansion valve 4 and the evaporator 5 are connected by pipes 61 to 66, and the refrigerant circulates therein.
  • the refrigerant is, for example, a fluorocarbon material such as R134a, HFO-1234yf, or carbon dioxide.
  • the compressor 2 receives a driving force from an engine (not shown) or a driving force of a motor (not shown) driven by electric power, compresses the refrigerant in a vaporized state at low temperature and low pressure, Use high-pressure vaporized refrigerant.
  • the compressor 2 may be a fixed capacity type or a variable capacity type.
  • the condenser 3 is a heat exchanger, which cools the high-temperature and high-pressure vaporized refrigerant discharged from the compressor 2 by running wind, the wind from the cooling fan 7 or both, and is in a high-temperature and high-pressure liquefied state.
  • Use refrigerant may be a dedicated fan for the condenser 3 or may be a fan that also serves to cool a radiator (not shown) arranged close to the leeward side of the condenser 3.
  • the electronically controlled expansion valve 4 decompresses and expands the refrigerant condensed in the condenser 3 by a throttling action to form a low-temperature and low-pressure mist-like refrigerant (gas-liquid mixed refrigerant). Make adjustments.
  • the evaporator 5 is a heat exchanger, vaporizes the refrigerant that has become a gas-liquid mixture by the electronically controlled expansion valve 4, and cools and dehumidifies the blown air that passes through the evaporator 5 by the heat of evaporation at that time.
  • the internal heat exchanger 10 is disposed on the refrigerant circuit 100.
  • the internal heat exchanger 10 includes a first heat exchange section 11 through which the refrigerant guided from the condenser 3 to the electronically controlled expansion valve 4 flows, and a second refrigerant through which the refrigerant guided from the evaporator 5 to the suction side of the compressor 2 flows.
  • the heat exchange unit 12 is provided, and heat exchange is performed between a relatively high temperature refrigerant flowing through the first heat exchange unit 11 and a relatively low temperature refrigerant flowing through the second heat exchange unit 12.
  • the heat exchange rate Elow of the internal heat exchanger 10 is a unique value of each internal heat exchanger, and is defined by the following (Equation 1).
  • T1 is the measured temperature value of the refrigerant on the inlet 10a side of the first heat exchange unit
  • T3 is the measured temperature value of the refrigerant on the outlet 10d side of the second heat exchange unit
  • T4 is the measured temperature value of the refrigerant on the inlet 10c side of the second heat exchange unit 12.
  • T1, T3, and T4 are, for example, the inlet 10a of the first heat exchange unit 11, the outlet 10d of the second heat exchange unit 12, and the second heat exchange unit before the refrigeration cycle 1 is incorporated into the vehicle air conditioner.
  • the measurement points of the temperature sensors are respectively installed at the 12 inlets 10c and measured.
  • the pipe 61 connects the outlet of the compressor 2 and the inlet of the condenser 3 directly or indirectly.
  • the pipe 62 connects the outlet of the condenser 3 and the inlet 10a of the first heat exchange unit 11 directly or indirectly.
  • the pipe 63 connects the outlet 10b of the first heat exchange unit 11 and the inlet of the electronically controlled expansion valve 4 directly or indirectly.
  • the pipe 64 directly or indirectly connects the outlet of the electronically controlled expansion valve 4 and the inlet of the evaporator 5.
  • the pipe 65 connects the outlet of the evaporator 5 and the inlet 10c of the second heat exchange unit 12 directly or indirectly.
  • the pipe 66 connects the outlet 10 d of the second heat exchange unit 12 and the inlet of the compressor 2 directly or indirectly.
  • the pressure sensor 31 is a device that detects the pressure of the refrigerant flowing out of the condenser 3, and is an existing device in a conventional refrigeration cycle.
  • the measurement point of the pressure sensor 31 is attached to, for example, a refrigerant outlet pipe (not shown) of the condenser 3 or an attachment hole (not shown) provided in the pipe 62 so that the measurement point contacts the refrigerant.
  • the detected value of the pressure sensor 31 is used for a safety device of the refrigerant circuit 100, for example.
  • the refrigerant flowing out of the condenser 3 due to a malfunction of the electronic control type expansion valve 4 does not flow as scheduled, and the pressure of the refrigerant circuit 100 from the compressor 2 to the electronic control type expansion valve 4 is set to the set value. Is exceeded, the control of stopping the drive of the compressor 2 and preventing the refrigerant circuit 100 from being mechanically damaged is performed.
  • the detected value of the pressure sensor 31 is used for controlling the valve opening degree of the electronically controlled expansion valve 4 in addition to the use in the conventional refrigeration cycle.
  • the valve opening degree is controlled by using the high-pressure refrigerant energy flowing out from the condenser 3, so that the circulation amount of the refrigerant and the heat exchange amount in the condenser 3 can be taken into consideration. Therefore, the valve opening degree can be controlled with higher accuracy.
  • the first temperature sensor 32 is a device that detects the temperature of the evaporator 5 or the temperature of the air that has passed through the evaporator 5, and is an existing device in the conventional refrigeration cycle.
  • the measurement point of the 1st temperature sensor 32 is attached to the fin of the site
  • the measurement point of the first temperature sensor 32 is, for example, the downstream side of the portion of the evaporator 5 where the temperature is lowest. It is attached to this space with a conventionally well-known configuration.
  • the detected value of the first temperature sensor 32 is used for on / off control of the fixed capacity compressor 2, for example. More specifically, when the temperature of the evaporator 5 or the temperature of the air that has passed through the evaporator 5 exceeds a set value, the compressor 2 is driven, and the temperature of the evaporator 5 or the air that has passed through the evaporator 5 Control is performed to stop the compressor 2 when the temperature falls below a set value. Alternatively, it is used for discharge amount control of the variable capacity compressor 2.
  • the discharge amount of the compressor 2 is increased, and the temperature of the evaporator 5 or passes through the evaporator 5.
  • Control is performed to reduce the discharge amount of the compressor 2 when the temperature of the air is below a set value.
  • the reason why the first temperature sensor 32 is installed in the portion of the evaporator 5 where the temperature is lowest is to detect the freezing of the evaporator 5 at an early stage.
  • the part where the temperature is lowest in the evaporator 5 is a part of the refrigerant circuit 100 where the degree of superheat of the refrigerant is the smallest or the degree of superheat is zero.
  • the detected value of the first temperature sensor 32 is used for controlling the valve opening of the electronically controlled expansion valve 4 in addition to the use in the conventional refrigeration cycle.
  • the detection value of the first temperature sensor 32 is a value reflecting the air temperature in the passenger compartment and the amount of air blown from the blower fan to the evaporator 5. For this reason, by using the detection value of the first temperature sensor 32, it is possible to take into account the air temperature in the passenger compartment and the amount of air blown from the blower fan to the evaporator 5 in the control of the valve opening degree. More accurate valve opening control can be performed.
  • the second temperature sensor 33 is a device that detects the temperature of the refrigerant flowing out of the evaporator 5 and is an existing device in the conventional refrigeration cycle.
  • the measurement point of the second temperature sensor 33 is attached so that the measurement point contacts the outer periphery of the refrigerant outlet pipe (not shown) of the evaporator 5 or the outer periphery of the pipe 65.
  • the detected value of the second temperature sensor 33 is used for valve opening control of the electronically controlled expansion valve 4, for example. More specifically, the valve opening degree of the electronically controlled expansion valve 4 is controlled so that the superheat value at the refrigerant outlet of the evaporator 5 where the measurement point of the second temperature sensor 33 is installed becomes the target value.
  • FIG. Thus, the opening degree of the electronically controlled expansion valve 4 is controlled.
  • the detection value of the second temperature sensor 33 is slightly higher than the detection value of the first temperature sensor 32.
  • the difference ⁇ between the detected value of the second temperature sensor 33 and the detected value of the first temperature sensor 32 is the circulation amount of the refrigerant, the temperature or the amount of the blown air passing through the evaporator 5, and the first temperature sensor 32.
  • the target temperature of the superheat degree of the refrigerant that has flowed out of the evaporator 5 for example, 2 to 6 ° C. It is.
  • the refrigeration cycle 1 includes both the first temperature sensor 32 and the second temperature sensor 33, or includes either the first temperature sensor 32 or the second temperature sensor 33. It does not have to be. By providing both the first temperature sensor 32 and the second temperature sensor 33, the degree of superheat can be estimated more accurately. In addition, since either one of the first temperature sensor 32 and the second temperature sensor 33 is not provided, the number of parts can be reduced. When either the first temperature sensor 32 or the second temperature sensor 33 is not provided, it is more preferable to omit the second temperature sensor 33.
  • the valve opening degree control device 40 includes a calculation unit 41 that calculates the calculated degree of superheat and a valve control unit 42 that adjusts the valve degree of the electronically controlled expansion valve 4 based on the calculated degree of superheat.
  • the calculated superheat degree is an estimated value of the superheat degree of the refrigerant sucked into the compressor 2.
  • the valve opening degree control device 40 is preferably mounted on an air conditioning control unit (not shown) or mounted on an engine control unit (not shown) of a vehicle on which the refrigeration cycle 1 is mounted. It is possible to flexibly cope with various factors such as vehicle design philosophy, memory capacity or cost.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of control processing of the valve opening degree of the electronically controlled expansion valve by the valve opening degree control device.
  • the valve opening control process includes a step of estimating the temperature X [° C.] of the refrigerant between the internal heat exchanger 10 and the compressor 2 (step S1), and a step of calculating the calculated superheat value (step S2). ) And a step of controlling the valve opening (step S3).
  • Step S1 the calculation unit 41 of the valve opening degree control device estimates the temperature X [° C.] of the refrigerant between the internal heat exchanger 10 and the compressor 2 using (Equation 2) or (Equation 3). Calculate the value.
  • Elow is the heat exchange rate of the internal heat exchanger 10 derived in advance by (Equation 1), and is a value unique to the internal heat exchanger 10.
  • a [° C.] is a temperature value converted from the detection value of the pressure sensor 31. Since the refrigerant is saturated between the condenser 3 and the internal heat exchanger 10, the temperature a [° C.] is uniquely determined from the pressure value detected by the pressure sensor 31.
  • b [° C.] is a detection value of the first temperature sensor 32.
  • c [° C.] is a detection value of the second temperature sensor 33.
  • ⁇ [° C.] is the difference between the detected value c [° C.] of the second temperature sensor 33 and the detected value b [° C.] of the first temperature sensor 32.
  • ⁇ [° C.] is a value calculated based on the actual measurement values of the first temperature sensor 32 and the second temperature sensor 33, or the circulation amount of the refrigerant and the temperature of the blown air passing through the evaporator 5 Alternatively, based on the air flow rate, the installation location of the first temperature sensor 32 or the second temperature sensor 33, or the set value of the electronically controlled expansion valve 4 (the target temperature of the superheat degree of the refrigerant that has flowed out of the evaporator 5). The estimated value calculated in this way may be used.
  • step S1 when the detected value b of the first temperature sensor 32 is used for estimating the temperature X, Equation 2 is adopted.
  • the detection value c of the second temperature sensor 33 is used for the estimation of the temperature X, Equation 3 is adopted.
  • Step S2 the calculation unit 41 of the valve opening degree control device calculates the calculated superheat value using the value of the temperature X [° C.] and the detected value b [° C.] or the detected value c [° C.].
  • a value obtained by subtracting the refrigerant temperature just before being sucked into the compressor 2 from the refrigerant saturation temperature in the evaporator 5 is set as the calculated superheat degree, and the calculated superheat degree is calculated between the internal heat exchanger 10 and the compressor 2. It is regarded as the degree of superheat of the refrigerant in between.
  • the refrigerant detected by the first temperature sensor 32 has the smallest degree of superheat (or the degree of superheat becomes zero) in the refrigerant circuit 100 as described above.
  • the detected value b [° C.] is regarded as the refrigerant saturation temperature
  • (c ⁇ ) [° C.] is regarded as the refrigerant saturation temperature.
  • Step S3 the valve control unit 42 of the valve opening degree control device 40 controls the valve opening degree of the electronically controlled expansion valve 4 based on the calculated superheat value calculated in step S2.
  • the calculation unit 41 uses the detected value c [° C.] of the second temperature sensor 33 to estimate the temperature X [° C.] and calculates the calculated superheat degree.
  • the detection value b [° C.] of the first temperature sensor 32 is preferably used. Since Equation 3 is adopted for estimating the temperature X [° C.] and Equation 4 is adopted for calculating the calculated superheat value, there is no need to correct with the correction value ⁇ , and the compressor sucks more accurately.
  • the degree of superheat of the refrigerant can be estimated, and as a result, a decrease in the coefficient of performance can be more reliably suppressed.
  • the refrigeration cycle 1 of the vehicle air conditioner can estimate the energy (superheat degree) of the refrigerant flowing into the compressor 2 and reflect it in the control of the refrigerant flow rate at the expansion valve. And as a parameter used for valve opening control, at least one of the detection value of the pressure sensor 31, the detection value of the 1st temperature sensor 32, and the detection value of the 2nd temperature sensor 33 conventionally used for the air conditioner is used. Therefore, it is possible to provide an air conditioner that suppresses a decrease in the coefficient of performance without adding new parts.
  • the vehicle according to the present embodiment includes the refrigeration cycle 1 of the vehicle air conditioner according to the present embodiment.
  • a vehicle including a vehicle air conditioner with a high coefficient of performance can be provided without deteriorating productivity.

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Abstract

本開示の目的は、内部熱交換器を備えた車両空調用の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両に関し、部品を追加することなく、成績係数の低下を抑制することができる内部熱交換器を備えた車両空調用の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両を提供することである。本発明に係る車両用空調装置の冷凍サイクル（１）は、圧縮機（２）と凝縮器（３）と電子制御式膨張弁（４）と蒸発器（５）とを含む冷媒回路（１００）と、内部熱交換器（１０）と、凝縮器と内部熱交換器との間の冷媒の圧力を検知する圧力センサ（３１）と、蒸発器の温度を検知する第１の温度センサ（３２）又は蒸発器と内部熱交換器との間に測定点を有する第２の温度センサ（３３）と、弁開度制御装置（４０）と、を備え、弁開度制御装置は、パラメータとして圧力センサの検出値と、第１の温度センサの検出値又は第２の温度センサの検出値とを用いて算出された算出過熱度の値を過熱度として採用する。

Description

車両用空調装置の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両
　この開示は、内部熱交換器（ＩＨＸ＝Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｈｅａｔ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を有する車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて、成績係数（ＣＯＰ＝Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を改善する技術に関するものである。
　冷凍サイクルの能力を示す指標として成績係数（ＣＯＰ）が知られており、蒸発器での冷房能力を、圧縮機を駆動する動力で割った値として算出される。例えば、冷房能力を増大すること、及び圧縮機を駆動する動力を低減することで、成績係数を増加することができる。
　冷凍サイクルの成績係数を増加する装置として、冷凍サイクルに、凝縮器を流れ出た相対的に温度の高い冷媒と、蒸発器を流れ出た相対的に温度の低い冷媒とを熱交換する内部熱交換器（ＩＨＸ）を設ける構成が知られている。
　凝縮器から流出した冷媒は、内部熱交換器によってエンタルピが低下した状態で蒸発器に流入するので、蒸発器の冷房能力を増大し、成績係数（ＣＯＰ）の増加に寄与する。一方、蒸発器から流出した冷媒は、内部熱交換器によってエンタルピが増大した状態で圧縮機に流入するので、圧縮機を駆動する動力が増加し、成績係数の低下に寄与する。そこで、内部熱交換器を有する車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて、成績係数の低下を防止するための技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
　特許文献１は、膨張装置を制御するための冷媒温度検知装置（感温筒など）を内部熱交換器と圧縮機との間の経路に配置することを特徴としている。この特徴によって、内部熱交換での熱の授受が終了した後の冷媒のエネルギー状態に基づいて膨張装置の弁開度を制御し、圧縮機に流入する冷媒のエンタルピの増大を抑制、及び成績係数の低下の防止を図ることができる。
特開２００８－１２２０３４号公報
　しかしながら、特許文献１では、内部熱交換器と圧縮機との間に新たに配置する冷媒温度検知装置が必要であり、生産性の悪化が避けられない。近年の車両は生産性の向上が強く求められるところ、多くの部品が複雑に配置されるエンジン房内に新たに温度検知装置を設定することは、生産性の向上に著しく逆行するものである。
　そこで、本開示の目的は、内部熱交換器を備えた車両空調用の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両に関し、部品を追加することなく、成績係数の低下を抑制することができる内部熱交換器を備えた車両空調用の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両を提供することである。
　本発明に係る車両用空調装置の冷凍サイクルは、圧縮機と凝縮器と電子制御式膨張弁と蒸発器とを配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路と、前記凝縮器から前記電子制御式膨張弁に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器と、前記凝縮器と前記内部熱交換器との間の前記冷媒の圧力を検知する圧力センサと、前記蒸発器の温度若しくは該蒸発器を通過した空気の温度を検知する第１の温度センサ及び前記蒸発器と前記内部熱交換器との間に測定点を有する第２の温度センサの少なくともいずれか一方と、前記内部熱交換器と前記圧縮機との間における前記冷媒の過熱度に基づいて前記電子制御式膨張弁の弁開度を制御する弁開度制御装置と、を備え、前記弁開度制御装置は、パラメータとして前記圧力センサの検出値と、前記第１の温度センサの検出値及び前記第２の温度センサの検出値の少なくともいずれか一方とを用いて算出された算出過熱度の値を前記過熱度として採用することを特徴とする。
　本発明に係る車両用空調装置の冷凍サイクルでは、前記弁開度制御装置は、前記算出過熱度を算出する算出部を有し、前記圧力センサの検出値から換算される前記冷媒の温度の値をａ［℃］、前記第１の温度センサの検出値をｂ［℃］、前記第２の温度センサの検出値をｃ［℃］、前記検出値ｃと前記検出値ｂとの差をα［℃］、（数１）で導き出される前記内部熱交換器の熱交換効率の値をＥｌｏｗとしたとき、前記算出部は、（数２）又は（数３）を用いて前記内部熱交換器と前記圧縮機との間の前記冷媒の温度Ｘ［℃］を推定し、該温度Ｘ［℃］の値と前記検出値ｂ［℃］との差又は前記温度Ｘ［℃］と（前記検出値ｃ［℃］－α）との差から前記算出過熱度の値を算出する形態を包含する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 数１中、Ｔ１は前記第１の熱交換部の入口側での冷媒の実測温度値であり、Ｔ３は前記第２の熱交換部の出口側での冷媒の実測温度値であり、Ｔ４は前記第２の熱交換部の入口側での冷媒の実測温度値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　本発明に係る車両用空調装置の冷凍サイクルでは、前記算出部は、前記温度Ｘ［℃］の推定には、前記第２の温度センサの検出値ｃ［℃］を用い、前記算出過熱度の値の算出には、前記第１の温度センサの検出値ｂ［℃］を用いることが好ましい。より正確に、圧縮機が吸入する冷媒の過熱度を推定することができ、結果として成績係数の低下をより確実に抑制することができる。
　本発明に係る車両は、本発明に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを備えることを特徴とする。成績係数の高い車両用空調装置を備えた車両を、生産性を悪化することなく提供することができる。
　本開示は、内部熱交換器を備えた車両空調用の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両に関し、部品を追加することなく、成績係数の低下を抑制することができる内部熱交換器を備えた車両空調用の冷凍サイクル及びこれを搭載した車両を提供することができる。
本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルの一例を示すシステム図である。 弁開度制御装置による電子制御式膨張弁の弁開度の制御処理の一例を示すフローチャートである。
　以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。
　図１は、本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルの一例を示すシステム図である。本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクル１は、図１に示すように、圧縮機２と凝縮器３と電子制御式膨張弁４と蒸発器５とを配管６１～６６で接続して冷媒を循環させる冷媒回路１００と、凝縮器３から電子制御式膨張弁４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２との間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器１０と、凝縮器３と内部熱交換器１０との間の冷媒の圧力を検知する圧力センサ３１と、蒸発器５の温度若しくは蒸発器５を通過した空気の温度を検知する第１の温度センサ３２及び蒸発器５と内部熱交換器１０との間に測定点を有する第２の温度センサ３３の少なくともいずれか一方と、内部熱交換器１０と圧縮機２との間における冷媒の過熱度に基づいて電子制御式膨張弁４の弁開度を制御する弁開度制御装置４０と、を備え、弁開度制御装置４０は、パラメータとして圧力センサ３１の検出値と、第１の温度センサ３２の検出値及び第２の温度センサ３３の検出値の少なくともいずれか一方とを用いて算出された算出過熱度の値を過熱度として採用する。
　冷媒回路１００は、圧縮機２と凝縮器３と電子制御式膨張弁４と蒸発器５とを配管６１～６６で接続した閉回路であり、内部を冷媒が循環する。冷媒は、例えば、Ｒ１３４ａなどのフロン系物質、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ、又は二酸化炭素である。
　圧縮機２は、エンジン（図示せず）からの駆動力を受けて、又は電力によって駆動するモータ（図示せず）の駆動力を受けて、低温低圧の気化状態の冷媒を圧縮して、高温高圧の気化状態の冷媒にする。圧縮機２は、固定容量型であるか、又は可変容量型であってもよい。
　凝縮器３は、熱交換器であり、圧縮機２から吐出された高温高圧の気化状態の冷媒を、走行風、冷却ファン７からの風又はこれらの両方によって冷却し、高温高圧の液化状態の冷媒にする。冷却用ファン７は、凝縮器３専用のファンであるか、又は凝縮器３の風下側に近接して配置されるラジエータ（不図示）の冷却を兼ねるファンであってもよい。
　電子制御式膨張弁４は、凝縮器３で凝縮された冷媒を、絞り作用によって減圧・膨張させて、低温低圧の霧状の冷媒（気液混合状の冷媒）とするとともに、冷媒の流量の調整を行う。
　蒸発器５は、熱交換器であり、電子制御式膨張弁４で気液混合状となった冷媒を気化させ、そのときの蒸発熱によって蒸発器５を通過する送風空気を冷却除湿する。
　内部熱交換器１０は、冷媒回路１００上に配置される。内部熱交換器１０は、凝縮器３から電子制御式膨張弁４に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部１１と蒸発器５から圧縮機２の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部１２とを有し、第１の熱交換部１１を流れる相対的に高温の冷媒と第２の熱交換部１２を流れる相対的に低温の冷媒との間で熱交換を行う。
　内部熱交換器１０の熱交換率Ｅｌｏｗは、各内部熱交換器それぞれの固有の値であり、次の（数１）で定義される。数１において、Ｔ１は第１の熱交換部１１の入口１０ａ側での冷媒の実測温度値であり、Ｔ３は第２の熱交換部１２の出口１０ｄ側での冷媒の実測温度値であり、Ｔ４は第２の熱交換部１２の入口１０ｃ側での冷媒の実測温度値である。Ｔ１，Ｔ３及びＴ４は、例えば、冷凍サイクル１を車両用空調装置に組み込む前に、第１の熱交換部１１の入口１０ａ、第２の熱交換部１２の出口１０ｄ及び第２の熱交換部１２の入口１０ｃにそれぞれ温度センサの測定点を設置して測定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　配管６１は、圧縮機２の出口と凝縮器３の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６２は、凝縮器３の出口と第１の熱交換部１１の入口１０ａとを直接的又は間接的に接続する。配管６３は、第１の熱交換部１１の出口１０ｂと電子制御式膨張弁４の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６４は、電子制御式膨張弁４の出口と蒸発器５の入口とを直接的又は間接的に接続する。配管６５は、蒸発器５の出口と第２の熱交換部１２の入口１０ｃとを直接的又は間接的に接続する。配管６６は、第２の熱交換部１２の出口１０ｄと圧縮機２の入口とを直接的又は間接的に接続する。
　圧力センサ３１は、凝縮器３から流出してきた冷媒の圧力を検知する装置であり、従来の冷凍サイクルに既設の装置である。圧力センサ３１の測定点は、例えば、凝縮器３の冷媒出口管（不図示）又は配管６２に設けられた取付孔（不図示）に、測定点が冷媒と接触するように取り付けられる。従来の冷凍サイクルにおいて、圧力センサ３１の検出値は、例えば、冷媒回路１００の安全装置に利用されている。より具体的には、電子制御式膨張弁４の不具合などによって凝縮器３から流出した冷媒が予定通りに流れず、圧縮機２から電子制御式膨張弁４までの冷媒回路１００の圧力が設定値を超えたとき、圧縮機２の駆動を停止させて、冷媒回路１００が機械的損傷を受けることを防止する制御が行われている。本実施形態では、圧力センサ３１の検出値は、従来の冷凍サイクルにおける利用に加えて電子制御式膨張弁４の弁開度の制御に利用される。圧力センサ３１の検出値を用いることで、凝縮器３から流出した高圧冷媒エネルギーを利用して弁開度を制御するので、冷媒の循環量及び凝縮器３での熱交換量も加味することができ、より精度の高い弁開度の制御を行うことができる。
　第１の温度センサ３２は、蒸発器５の温度又は蒸発器５を通過した空気の温度を検知する装置であり、従来の冷凍サイクルに既設の装置である。第１の温度センサ３２が蒸発器５の温度を検知する場合、第１の温度センサ３２の測定点は、例えば、蒸発器５のうち最も温度が低くなる部位のフィンに取り付けられる。また、第１の温度センサ３２が蒸発器５を通過した空気の温度を検知する場合、第１の温度センサ３２の測定点は、例えば、蒸発器５のうち最も温度が低くなる部位の下流側の空間に、従来周知の構成で取り付けられる。従来の冷凍サイクルにおいて、第１の温度センサ３２の検出値は、例えば、固定容量式の圧縮機２のオンオフ制御に利用されている。より具体的には、蒸発器５の温度又は蒸発器５を通過した空気の温度が設定値を超えたとき、圧縮機２を駆動させ、蒸発器５の温度又は蒸発器５を通過した空気の温度が設定値以下になったとき、圧縮機２を停止させる制御が行われている。あるいは、可変容量式の圧縮機２の吐出量制御に利用されている。より具体的には、蒸発器５の温度又は蒸発器５を通過した空気の温度が設定値を超えたとき、圧縮機２の吐出量を増加させ、蒸発器５の温度又は蒸発器５を通過した空気の温度が設定値以下になったとき、圧縮機２の吐出量を減少させる制御が行われている。第１の温度センサ３２を蒸発器５のうち最も温度が低くなる部位に設置するのは、蒸発器５の凍結を早期に検知するためである。蒸発器５のうち最も温度が低くなる部位は、冷媒回路１００のうち、冷媒の過熱度が最も小さい、又は過熱度がゼロの部分である。本実施形態では、第１の温度センサ３２の検出値は、従来の冷凍サイクルにおける利用に加えて、電子制御式膨張弁４の弁開度の制御に利用される。第１の温度センサ３２の検出値は、車室内の空気温度及び蒸発器５へのブロアファンからの送風量が反映された値である。このため、第１の温度センサ３２の検出値を用いることで、弁開度の制御に、車室内の空気温度及び蒸発器５へのブロアファンからの送風量の要素を加味することができ、より精度の高い弁開度の制御を行うことができる。
　第２の温度センサ３３は、蒸発器５から流出してきた冷媒の温度を検知する装置であり、従来の冷凍サイクルに既設の装置である。第２の温度センサ３３の測定点は、例えば、蒸発器５の冷媒出口管（不図示）の外周又は配管６５の外周に、測定点が接触するように取り付けられる。従来の冷凍サイクルにおいて、第２の温度センサ３３の検出値は、例えば、電子制御式膨張弁４の弁開度制御に利用されている。より具体的には、第２の温度センサ３３の測定点が設置された蒸発器５の冷媒出口における過熱度の値が目標値となるように電子制御式膨張弁４の弁開度が制御される。本実施形態では、第２の温度センサ３３の測定点が設置された蒸発器５の冷媒出口における過熱度に替えて、内部熱交換器１０と圧縮機２との間における冷媒の過熱度に基づいて電子制御式膨張弁４の弁開度が制御される。
　第２の温度センサ３３の検出値は、第１の温度センサ３２の検出値よりも若干高くなる。第２の温度センサ３３の検出値と第１の温度センサ３２の検出値との差αは、冷媒の循環量、蒸発器５を通過する送風空気の温度若しくは送風量、第１の温度センサ３２若しくは第２の温度センサ３３の設置場所、又は電子制御式膨張弁４の設定値（蒸発器５を流出した冷媒の、過熱度の目標温度）などによって異なるものであるが、例えば２～６℃である。
　本実施形態に係る冷凍サイクル１は、第１の温度センサ３２及び第２の温度センサ３３の両方を備えるか、又は、第１の温度センサ３２若しくは第２の温度センサ３３のいずれか一方を備えなくてもよい。第１の温度センサ３２及び第２の温度センサ３３の両方を備えることで、より正確に過熱度を推定することができる。また、第１の温度センサ３２若しくは第２の温度センサ３３のいずれか一方を備えないことで、部品点数を削減することができる。第１の温度センサ３２若しくは第２の温度センサ３３のいずれか一方を備えない場合、第２の温度センサ３３を省略することがより好ましい。
　弁開度制御装置４０は、算出過熱度を算出する算出部４１と、算出過熱度に基づいて電子制御式膨張弁４の弁開度を調整する弁制御部４２とを有することが好ましい。算出過熱度は、圧縮機２に吸入する冷媒の過熱度の推定値である。弁開度制御装置４０は、空調制御ユニット（不図示）に搭載されるか、又は冷凍サイクル１が搭載される車両のエンジンコントロールユニット（不図示）に搭載されることが好ましい。車両の設計思想、メモリの容量又はコストなどの各種要因に対して柔軟に対応することができる。
　図２は、弁開度制御装置による電子制御式膨張弁の弁開度の制御処理の一例を示すフローチャートである。弁開度の制御処理は、内部熱交換器１０と圧縮機２との間の冷媒の温度Ｘ［℃］を推定する工程（ステップＳ１）と、算出過熱度の値を算出する工程（ステップＳ２）と、弁開度を制御する工程（ステップＳ３）とを有することが好ましい。
（ステップＳ１）
　ステップＳ１では、弁開度制御装置の算出部４１は、（数２）又は（数３）を用いて内部熱交換器１０と圧縮機２との間の前記冷媒の温度Ｘ［℃］の推定値を算出する。数２又は数３において、Ｅｌｏｗは、（数１）で予め導き出された内部熱交換器１０の熱交換率であり、内部熱交換器１０に固有の値である。ａ［℃］は、圧力センサ３１の検出値から換算された温度の値である。凝縮器３と内部熱交換器１０との間では冷媒は飽和状態であるため、温度ａ［℃］は圧力センサ３１が検知した圧力の値から一義的に求められる。ｂ［℃］は、第１の温度センサ３２の検出値である。ｃ［℃］は第２の温度センサ３３の検出値である。α［℃］は、第２の温度センサ３３の検出値ｃ［℃］と第１の温度センサ３２の検出値ｂ［℃］との差である。α［℃］は、第１の温度センサ３２及び第２の温度センサ３３の実測値に基づいて算出された値であるか、又は、冷媒の循環量、蒸発器５を通過する送風空気の温度若しくは送風量、第１の温度センサ３２若しくは第２の温度センサ３３の設置場所、又は電子制御式膨張弁４の設定値（蒸発器５を流出した冷媒の、過熱度の目標温度）などに基づいて算出された推定値であってもよい。ステップＳ１では、温度Ｘの推定に第１の温度センサ３２の検出値ｂを用いる場合、数２が採用される。温度Ｘの推定に第２の温度センサ３３の検出値ｃを用いる場合、数３が採用される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
（ステップＳ２）
　ステップＳ２では、弁開度制御装置の算出部４１は、温度Ｘ［℃］の値と検出値ｂ［℃］又は検出値ｃ［℃］とを用いて算出過熱度の値を算出する。本実施形態では、蒸発器５における冷媒飽和温度から圧縮機２に吸入される直前の冷媒温度を引いた値を算出過熱度とし、該算出過熱度を内部熱交換器１０と圧縮機２との間における冷媒の過熱度とみなす。ここで、検出値ｂ［℃］を用いる場合、前述したように第１の温度センサ３２が検知する冷媒は、冷媒回路１００のうち過熱度が最も小さい（又は過熱度がゼロとなる）ので、その検出値ｂ［℃］を冷媒飽和温度とみなし、検出値ｃ［℃］を用いる場合、（ｃ－α）［℃］を冷媒飽和温度とみなす。また、圧縮機２に吸入される直前の温度はステップＳ１で求めたＸ［℃］である。したがって、算出過熱度は、数４又は数５によって算出される。
（数４）算出過熱度＝Ｘ－ｂ
（数５）算出過熱度＝Ｘ－（ｃ－α）
（ステップＳ３）
　ステップＳ３では、弁開度制御装置４０の弁制御部４２は、ステップＳ２で算出された算出過熱度の値に基づいて電子制御式膨張弁４の弁開度を制御する。
　本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクル１では、算出部４１は、温度Ｘ［℃］の推定には、第２の温度センサ３３の検出値ｃ［℃］を用い、算出過熱度の値の算出には、第１の温度センサ３２の検出値ｂ［℃］を用いることが好ましい。温度Ｘ［℃］の推定に数３が採用され、算出過熱度の値の算出には数４が採用されるため、補正値αで補正する必要がなくなり、より正確に、圧縮機が吸入する冷媒の過熱度を推定することができ、結果として成績係数の低下をより確実に抑制することができる。
　本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクル１は、圧縮機２に流入する冷媒のエネルギー（過熱度）を推定し、膨張弁での冷媒流量の制御に反映することができる。そして、弁開度制御に用いるパラメータとして、従来から空調装置に使用されている圧力センサ３１の検出値と第１の温度センサ３２の検出値及び第２の温度センサ３３の検出値の少なくともいずれか一方とを用いるので、新たな部品を追加することなく、成績係数の低下を抑制した空調装置を提供することができる。
　本実施形態に係る車両は、本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクル１を備える。成績係数の高い車両用空調装置を備えた車両を、生産性を悪化することなく提供することができる。
１　車両用空調装置の冷凍サイクル
２　圧縮機
３　凝縮器
４　電子制御式膨張弁
５　蒸発器
７　冷却ファン
１０　内部熱交換器
１０ａ　第１の熱交換部の入口
１０ｂ　第１の熱交換部の出口
１０ｃ　第２の熱交換部の入口
１０ｄ　第２の熱交換部の出口
１１　第１の熱交換部
１２　第２の熱交換部
３１　圧力センサ
３２　第１の温度センサ
３３　第２の温度センサ
４０　弁開度制御装置
４１　算出部
４２　弁制御部
６１～６６　配管
１００　冷媒回路

Claims (4)

  1. 　圧縮機と凝縮器と電子制御式膨張弁と蒸発器とを配管で接続して冷媒を循環させる冷媒回路と、
    　前記凝縮器から前記電子制御式膨張弁に導かれる冷媒が流れる第１の熱交換部と前記蒸発器から前記圧縮機の吸入側に導かれる冷媒が流れる第２の熱交換部との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器と、
    　前記凝縮器と前記内部熱交換器との間の前記冷媒の圧力を検知する圧力センサと、
    　前記蒸発器の温度若しくは該蒸発器を通過した空気の温度を検知する第１の温度センサ及び前記蒸発器と前記内部熱交換器との間に測定点を有する第２の温度センサの少なくともいずれか一方と、
    　前記内部熱交換器と前記圧縮機との間における前記冷媒の過熱度に基づいて前記電子制御式膨張弁の弁開度を制御する弁開度制御装置と、を備え、
    　前記弁開度制御装置は、パラメータとして前記圧力センサの検出値と、前記第１の温度センサの検出値及び前記第２の温度センサの検出値の少なくともいずれか一方とを用いて算出された算出過熱度の値を前記過熱度として採用することを特徴とする車両用空調装置の冷凍サイクル。
  2. 　前記弁開度制御装置は、前記算出過熱度を算出する算出部を有し、
    　前記圧力センサの検出値から換算される前記冷媒の温度の値をａ［℃］、前記第１の温度センサの検出値をｂ［℃］、前記第２の温度センサの検出値をｃ［℃］、前記検出値ｃと前記検出値ｂとの差をα［℃］、（数１）で導き出される前記内部熱交換器の熱交換効率の値をＥｌｏｗとしたとき、前記算出部は、（数２）又は（数３）を用いて前記内部熱交換器と前記圧縮機との間の前記冷媒の温度Ｘ［℃］を推定し、該温度Ｘ［℃］の値と前記検出値ｂ［℃］との差又は前記温度Ｘ［℃］と（前記検出値ｃ［℃］－α）との差から前記算出過熱度の値を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置の冷凍サイクル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     数１中、Ｔ１は前記第１の熱交換部の入口側での冷媒の実測温度値であり、Ｔ３は前記第２の熱交換部の出口側での冷媒の実測温度値であり、Ｔ４は前記第２の熱交換部の入口側での冷媒の実測温度値である。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  3. 　前記算出部は、前記温度Ｘ［℃］の推定には、前記第２の温度センサの検出値ｃ［℃］を用い、前記算出過熱度の値の算出には、前記第１の温度センサの検出値ｂ［℃］を用いることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置の冷凍サイクル。
  4. 　請求項１～３のいずれか一つに記載の車両用空調装置の冷凍サイクルを備えた車両。
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