JPH028657A - 冷凍サイクル制御装置 - 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、空気調和装置、冷蔵装置、冷凍装置等に採用
するに適した冷凍サイクル制御装置に係り、特に、電気
式膨張弁を備えた冷凍サイクル制御装置に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の冷凍サイクル制御装置においては、冷凍
サイクルの運転効率の向上及び省動力の向上を図るため
に電気式膨張弁を採用し、可変容量型圧縮機の容量に応
じて蒸発器の冷媒出入口間の設定温度差を変化させ、膨
張弁により冷媒の過熱度を適正に維持するようにしたも
のがある（例えば、特開昭５７−１４１５６号公報参照
）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような構成においては、蒸発器の出入口間
の冷媒の圧力損失の相違による冷媒の、過熱度の変動を
防止して、同過熱度を圧縮機の容量変化とはかかわりな
く一定にしようとしているのみ故、冷凍サイクルの冷却
負荷の高低に応じ、最高の運転効率が得られる冷媒の過
熱度が変化し、その結果、冷凍サイクルの広い負荷範囲
に亘っては、その運転効率及び省動力の双方の向上を確
保できない。

そこで、本発明は、このようなことに対処すべく、冷凍
サイクル制御装置において、冷凍サイクルの広い負荷範
囲に亘りその運転効率及び省動力の向上を実現しようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

かかる課題の解決にあたり、本発明の構成上の特徴は、
第１図に例示するごとく、流入冷媒の蒸発に応じ流入空
気流を冷却する蒸発手段１と、この蒸発手段１からの蒸
発冷媒を圧縮する圧縮手段２と、この圧縮手段２からの
圧縮冷媒を凝縮する凝縮手段３と、蒸発手段１から圧縮
手段２への蒸発冷媒の過熱度を目標値にするように凝縮
手段３からの凝縮冷媒を開度に応じ膨張させて蒸発手段
１に流入させる電気式膨張手段４とを備えた冷凍サイク
ルにおいて、この冷凍サイクルの冷却負荷を検出する検
出手段５と、前記検出冷却負荷が高いときには前記目標
値を小さくするように修正し、また、前記検出冷却負荷
が高くないときには前記目標値を大きくするように修正
する修正手段６とを設けて、膨張弁手段４が前記蒸発冷
媒の過熱度を前記修正目標値にするようにその膨張作用
を行うようにしたことにある。

〔作用効果〕

このように本発明を構成したことにより、検出手段５に
より検出される前記冷凍サイクルの冷却負荷が高い場合
には修正手段６が前記目標値を小さくするように修正し
、膨張弁手段４が、蒸発手段１からの蒸発冷媒の過熱度
を同修正目標値に減少させるように、蒸発手段１への冷
媒の膨張度合を制御するので、前記冷凍サイクルの冷却
能力、つまり蒸発手段１の冷却能力を高冷却負荷に合わ
せて十分に確保することができ、前記冷凍サイクルの運
転効率を高め得る。一方、前記検出冷却負荷が高くない
場合には、修正手段６が前記目標値を大きくするように
修正し、膨張弁手段４が、蒸発手段１からの蒸発冷媒の
過熱度を同修正目標値に増大させるように、蒸発手段１
への冷媒の膨張度合を制御するので、蒸発手段１の冷却
能力をそれ程必要としない場合には、蒸発手段１からの
冷媒の過熱度を十分に増大させることにより蒸発手段１
の冷却能力を十分に確保しつつ、運転効率の最も高い過
熱度に制御するため、前記冷凍サイクルの省動力をより
一層効果的に高め得る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第２
図は、本発明に係る冷凍サイクル制御装置が車両用空気
調和装置に適用された例を示している。空気調和装置は
、エアダクト１０を備えており、このエアダクト１０内
には、その上流から下流にかけて、ブロワ２０、蒸発器
３０、エアミックスダンパ４０及びヒータコア５０が順
次配設されている。ブロア２０はエアダクト１０内に空
気流を導入し蒸発器３０、エアミックスダンパ４０及び
ヒータコア５０を通して当該車両の車室内に吹出す。蒸
発器３０はその流入冷媒の蒸発作用に応じブロア２０か
らの空気流を冷却する。

冷凍サイクル制御装置は、当該車両のエンジン６０にベ
ルト機構７０及び電磁クラッチ８０を介し連結した可変
容量型圧縮機９０を備えており、この圧縮機９０は、電
磁クラッチ８０の選択的係合下にて、エンジン６０から
ベルト機構７０を介し動力を伝達されて回転し、蒸発器
３０から配管Ｐ１を通し冷媒を吸入し、この吸入冷媒を
圧縮し高温高圧の圧縮冷媒として配管Ｐ２内に吐出する
。

かかる場合、圧縮機９０の容量は、同圧縮機９０の可変
容量機構９０ａの後述するデユーティ比ＤＴｃｎに比例
する作動量に比例して変化する。

凝縮器１００は、冷却ファン１００ａによる放熱作用の
もとに、配管Ｐ２内の冷媒を凝縮し凝縮冷媒として配管
Ｐ３内に流入させる。気液分離器１１０は、配管Ｐ３か
らの凝縮冷媒をガス相成分と液相成分に分離し、この液
相成分を冷媒として配管Ｐ４内に流入させる。電気式膨
張弁１２０は、その現実の開度（後述するデユーティ比
ＤＴｎに比例する）に応じ、配管Ｐ４からの冷媒を膨張
させて低温低圧の冷媒として配管Ｐ５を通し蒸発器３０
内に流入させる。

次に、冷凍サイクル制御装置の電気回路構成について説
明すると、操作スイッチＳＷは、空気調和装置を作動さ
せるとき操作されて操作信号を生じる。空気温センサ１
３０ａは蒸発器３０からの冷却空気流の現実の温度を検
出し空気温検出信号として発生する。冷媒温センサ１３
０ｂは蒸発器３０の冷媒出口近傍での配管Ｐｌ内の冷媒
の現実の温度を検出し冷媒温検出信号として発生する。

圧力センサ１４０は蒸発器３０の冷媒出口近傍での配管
Ｐ１内の冷媒の現実の圧力を検出し冷媒圧検出信号とし
て発生する。

Ａ−Ｄ変換器１５０は、空気温センサ１３０ａからの空
気温検出信号、冷媒温センサ１３０ｂからの冷媒温検出
信号及び冷媒圧センサ１４０からの冷媒圧検出信号を空
気温ディジタル信号、冷媒温ディジタル信号及び冷媒圧
ディジタル信号にそれぞれディジタル変換する。マイク
ロコンピュータ１６０は、第３図〜第６図に示す各フロ
ーチャートに従い、Ａ−Ｄ変換器１５０との協働により
、主制御プログラム並びに第１及び第２の割込制御プロ
グラムを実行し、この実行中において、電磁クラッチ８
０、可変容量機ｔＲ９０ａ及び膨張弁１２０のための各
駆動回路１７０，１８０，１９０の制御に必要な演算処
理をする。但し、上述の主制御プログラム並びに第１及
び第２の割込制御プログラムはマイクロコンピュータ１
６０のＲＯＭに予め記憶されている。なお、マイクロコ
ンピュータ１６０は、当該車両のイグニッションスイッ
チＩＧを介しバッテリＢから給電されて作動する。

また、主制御プログラムの実行は操作スイッチＳＷから
の操作信号に応答して開始され、第１割込制御プログラ
ムの割込開始は、マイクロコンピュータ１６０に内蔵の
第１タイマの第１所定計時時間の計時終了毎になされ、
また、第２割込制御プログラムの割込開始は、マイクロ
コンピュータ１６０に内蔵の第２タイマの第２所定計時
時間の計時終了毎になされる。

以上のように構成した本実施例において、イグニッショ
ンＩＧの閉成によりエンジン６ｏを始動させて当該車両
を発進させるとともにマイクロコンピュータ１６０を作
動状態におく、ついで、操作スイッチＳＷから操作信号
を発生させれば、マイクロコンピュータ１６０が、第３
図のフローチャートに従い主制御プログラムの実行を開
始する。

また、これと同時に、前記第１及び第２のタイマがそれ
ぞれリセットされて前記第１及び第２の所定計時時間の
計時を開始する。そして、マイクロコンピュータ１６０
が、前記第１タイマの計時終了毎に第５図のフローチャ
ートに従いステップ３００ａにて第１割込制御プログラ
ムの実行を開始し、また前記第２タイマの計時終了毎に
第６図のフローチャートに従いステップ４００ａにて第
２割込制御プログラムの実行を開始する。

ステップ２００における主制御プログラムの実行開始後
、マイクロコンピュータ１６０が、ステップ２１０にて
初期化され、次のステップ２１０ａにて、電磁クラッチ
８０の係合に必要な係合出力信号を発生する。すると、
駆動回路１７０が同係合出力信号に応答して電磁クラッ
チ８０を係合させ、圧縮機９０がベルト機構７０を介し
エンジン６０から動力伝達されて作動する。このとき、
ブロワ２０、ヒータコア５０及び冷却ファン１００ａは
共に作動しているものとする。

しかして、圧縮機９０が現段階での容量にて配管Ｐ１内
の冷媒を吸入圧縮し高温高圧の圧縮冷媒として配管Ｐ２
内に吐出し、凝縮器１００が冷却ファン１００ａの放熱
作用のもとに配管Ｐ２がらの圧縮冷媒を凝縮し凝縮冷媒
として配管Ｐ３内に流入させ、気液分離器１１０が配管
Ｐ、がらの凝縮冷媒中の液相成分を冷媒として配管Ｐ４
内に流入させ、膨張弁１２０が、現段階での開度に応じ
配管Ｐ４内の冷媒を膨張させて配管Ｐ５を通し蒸発器３
０に流入させる。このため、ブロワ２ｏによりエアダク
ト１０内に導入される空気流が、蒸発器３０によりその
流入冷媒に応じ冷却され、エアミックスダンパ４０の現
実の開度に応じヒー、タコア５０により加熱されて当該
車両の車室内に吹出す。なお、蒸発器３０に流入した冷
媒は、配管Ｐ１を通り圧縮機９０により吸入される。

主制御プログラムがステップ２２０に進むと、マイクロ
コンピュータ１６０が、Ａ−Ｄ変換器１５ｏからの空気
温ディジタル信号の値（以下、空気温Ｔａという）、冷
媒温ディジタル信号の値（以下、冷媒温Ｔ「という）及
び冷媒圧ディジタル信号の値のく以下、冷媒圧Ｐｅとい
う）をそれぞれ入力される。ついで、マイクロコンピュ
ータ１６０が、ステップ２３０にて、冷媒圧Ｐｅと冷媒
の飽和温度Ｔｓとの関係式Ｔｓ＝ｆ（Ｐｅ）に基きステ
ップ２２０における冷媒圧Ｐｅに応じ飽和温度Ｔｓを決
定し、ステップ２４０にて、ステップ２２０における冷
媒温Ｔｒとステップ２３０における飽和温度Ｔｓとの差
（Ｔｒ−Ｔｓ）を、蒸発器３０の冷媒出口における冷媒
の現実の過熱度ＳＨとして決定する。

このようにしてステップ２４０における過熱度ＳＨを決
定した段階において、ステップ２２０における空気温Ｔ
ａが高冷房負荷に対応する場合には、マイクロコンピュ
ータ１６０がステップ２５０にてｒＹＥＳ、と判別し、
ステップ２５０ａにて、蒸発器３０の冷媒出口における
冷媒の目標過熱度ＳＨｏを１０（’Ｃ）と設定する。一
方、ステップ２５０における判別がｒＮＯＪとなる場合
には、マイクロコンピュータ１６０がステップ２５ｏｂ
にて目標過熱度ＳＨ，を２０　（’Ｃ）と設定する。か
かる場合、Ｓ　Ｈｏ　＝　２０　（℃）は５ＨＯ＝１０
（’Ｃ）と共にマイクロコンピュータ１６０のＲＯＭに
予め記憶されている。

こ）において、上述のように５Ｈｏ＝１０（°Ｃ）及び
５Ｈｏ＝２０（°Ｃ）とした根拠について説明する。過
熱度ＳＨと蒸発器３０の冷房能力Ｑとの関係を調べたと
ころ、第７図に示すような特性曲線Ｌａが得られた。ま
た、過熱度ＳＨと冷凍サイクルの運転効率（成績係数）
ηとの関係を調べたところ、第８図に示すような特性曲
線Ｌｂ得られた。しかして、両特性曲線Ｌａ　、Ｌｂを
比較すると分るように、特性曲線Ｌａにおいては、５Ｈ
＝１０（’Ｃ）の近傍にて冷房能力Ｑが最大となる。

一方、特性曲線Ｌｂにおいては、５Ｈ＝２０（°Ｃ）の
近傍にて運転効率ηが最大となる。従って、高冷房負荷
時にはＳＨを小さくして冷房能力Ｑを高め、中冷房負荷
以下のときにはＳＨを大きくして運転効率ηを高めれば
、冷房負荷の広範囲に亘り運転効率及び省動力の双方の
向上を図り得ることが分かる。そこで、上述のようにＳ
Ｈｏ　−１０（℃）及びＳＨ，＝２０（℃）とした。

然る後、主制御プログラムがステップ２６０に進むと、
マイクロコンピュータ１６０がステップ２４０における
過熱度ＳＨとステップ２５０ａ　（又は２５０ｂ）にお
ける目標過熱度５Ｈｏ−１０（℃）（又は５Ｈｏ＝２０
　（’Ｃ））との偏差Ｅｎを決定し、次のステップ２７
０にて、次のＰＩＤ制御式（１）に基きデユーティ比Ｄ
Ｔｎを決定する。

θ：サンプリング時間（２ｓｅｃ、） Ｔｄ：微分時間 Ｔｉ：積分時間 にｐ：比例ゲイン Ｅｎ−１：　Ｅｎに先行する偏差 Ｅｎ−２：　Ｅｎ−１に先行する偏差 ｏ’ｒｎ−，：　ＤＴｎに先行するデユーティ比なお、
Ｅ　ｎ−１、Ｅ　ｎ−２、及びＤＴ、−、はステップ２
９０にて先行して求められている。

主制御プログラムがステップ２８０に進むと、マイクロ
コンピュータ１６０が、目標冷媒圧Ｐｅ。

（例えば、Ｐ　ｅｏ＝　２．１ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）とステ
ップ２２０における冷媒圧Ｐｅとの偏差Ｅｃｎを決定し
、次のステップ２８０ａにて、次のＰＩＤ制御式（２）
に基きデユーティ比ＤＴｃｎ３決定する。

Ｄ　Ｔ　Ｃｎ”　ＤＴｃｎ−＋＋　０．０２１　（Ｅｃ
ｎ　　Ｅｃｎ−１）±但し、ＰＩＤ制御式（１）におい
て、各符号は次の意味を表わす。

＋　Ｅｃｆｌ−２））　　　　　　　　　　　　−、、
（２）但し、ＰＩＤ制御式（２）において、各符号は次
の意味を表す。

Ｅｃｎ−１：Ｅｃｎに先行する偏差 Ｅ　ｃｎ−１：　Ｅ　ｃｎ−１に先行する偏差ＤＴｃ、
、：　ＤＴｃ、に先行するデユーティ比なお、Ｅ　ｃｎ
−１＋　Ｅ　ｃｕ−２及びＤＴ、、−１はステップ２９
０にて先行に求められている。また、ＰＩＤ制御式（２
）は、ＰＩＤ制御式（１）、Ｐｅｏ及びＴｓ＝ｆ（Ｐｅ
）と共にマイクロコンピュータ１６０のＲＯＭに予め記
憶されている。また、ステップ２８０ａにおける決定後
、マイクロコンピュータ１６０は各ステップ２９０及び
２９０ａにおける演算処理をする。

かかる段階で、前記第１タイマの計時が終了すると、マ
イクロコンピュータ１６０が、第５図のフローチャート
に従いステップ３００ａにて第１割込制御プログラムの
実行を開始し、ステップ３１０にて、ステップ２７０に
おけるデユーティ比ＤＴｎを第１デユーテイ出力信号と
して発生する。

また、前記第２タイマの計時が終了すると、マイクロコ
ンピュータ１６０が、第６図のフローチャートに従いス
テップ４００ａにて第２割込制御プログラムの実行を開
始し、ステップ４１０にて、ステップ２８０ａにおける
デユーティ比ＤＴ。、を第２デユーテイ出力信号として
発生する。すると、駆動回路１９０がマイクロコンピュ
ータ１６０からの第１デユーテイ出力信号に基き膨張弁
１２０の開度を制御し、一方、駆動回路１８０がマイク
ロコンピュータ１６０からの第２デユーテイ出力信号に
基き圧縮機９０の可変容量機構９０ａの作動量を制御す
る。

かかる場合、ステップ２６０における偏差Ｅｎがステッ
プ２５０ａにおける目標過熱度５Ｈｏ＝１０（’Ｃ）に
基き決定されるときには、ステップ２７０におけるデユ
ーティ比ＤＴｎがＳＨをＳＨｏ　　（＝１０°Ｃ）に近
ずけるように決定される。従って、蒸発器３０への冷媒
の流量が調整されて蒸発器３０からの冷媒の過熱度ＳＨ
を５Ｈｏ＝１０（’Ｃ）に一致させる。換言すれば、蒸
発器３０の冷房負荷が高い場合には過熱度ＳＨを低くす
ることにより十分な冷房能力の確保が可能となる。−方
、ステップ２６０における偏差Ｅｎがステップ２５０ｂ
における目標加熱度ＳＨ，＝２０　（’Ｃ）に基き決定
されるときには、ステップ２７０におけるデユーティ比
ＤＴｎがＳＨとＳＨＯ（＝２０℃）との差により決定さ
れる。従って、蒸発器３０への冷媒の流量が調整されて
蒸発器３０からの冷媒の過熱度ＳＨをＳＨＯ＝２０　（
”Ｃ）に一致させる。換言すれば、蒸発器３０の冷房負
荷が中程度以下の場合には、過熱度ＳＨを高くすること
により冷媒の十分な利用のもとに省動力化が促進される
と共に運転効率ηを高め得る。

なお、本発明の実施にあたっては、圧力センサ１４０に
代えて、蒸発器３０の冷媒入口における冷媒の現実の飽
和温度を検出する他の冷媒温センサを採用して、この冷
媒温センサ及び冷媒温センサ１３０ｂの再検出結果の差
に応じて冷媒の過熱度ＳＨを決定するようにしてもよい
。

かかる場合、蒸発器３０の圧損を考慮して決定する。

また、本発明の実施にあたっては、ステップ２５０にお
ける判断基準として、空気温センサ１３０ａの検出結果
に代えて、ブロワ２０からの空気流量、圧縮機９０の容
量等の各種の負荷を採用して実施してもよい。

また、本発明の実施にあたっては、車両用空気調和装置
に限らず、各種の空気調和装置、冷蔵装置、冷凍装置等
にも本発明を適用して実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲に記載に対する対応図、第２図
は本発明の一実施例を示すブロック図。第３図〜第６図
は第２図のマイクロコンピュータの作用を示すフローチ
ャート、第７図は過熱度ＳＨと冷房能力Ｑとの関係を示
すグラフ、並びに第８図は、過熱度ＳＨと運転効率ηと
の関係を示すグラフである。 符　　号　　の　　説　　明 ３０・・・蒸発器、９０・・・圧縮機、１００・・凝縮
器、１２０・・・膨張弁、１３０ｂ・・冷媒温センサ、
１４０・・・圧力センサ、１６Ｏ ・マイクロコンピュータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　流入冷媒の蒸発に応じ流入空気流を冷却する蒸発手段
   と、この蒸発手段からの蒸発冷媒を圧縮する圧縮手段と
   、この圧縮手段からの圧縮冷媒を凝縮する凝縮手段と、
   前記蒸発手段から前記圧縮手段への蒸発冷媒の過熱度を
   目標値にするように前記凝縮手段からの凝縮冷媒を開度
   に応じ膨張させて前記蒸発手段に流入させる電気式膨張
   手段とを備えた冷凍サイクルにおいて、この冷凍サイク
   ルの冷却負荷を検出する検出手段と、前記検出冷却負荷
   が高いときには前記目標値を小さくするように修正し、
   また、前記検出冷却負荷が高くないときには前記目標値
   を大きくするように修正する修正手段とを設けて、前記
   膨張弁手段が前記蒸発冷媒の過熱度を前記修正目標値に
   するようにその膨張作用を行うようにしたことを特徴と
   する冷凍サイクル制御装置。