JPH062960A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】負荷変動（冷媒流量変動）に関わらず過冷却度
を適性範囲に調節し、優れた成績係数を実現可能な冷凍
サイクル装置を提供する。 【構成】負荷検出手段９は冷房負荷の大きさをを検出
し、過冷却度制御手段６は検出した負荷の大きさに応じ
て吸熱制御手段（ここではダンパ）８を駆動して蒸発器
４の吸熱能力を制御し、それにより凝縮器２の過冷却度
を適性レベル（例えば成績係数良好範囲又は膨張手段ガ
ス冷媒流入防止範囲）に調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクル装置に関
し、受液器、またはアキュムレータタンクを持たない冷
凍サイクルに関する。（これを以下、レシーバレス型の
冷凍サイクルと称す）。

【０００２】

【従来の技術】車両用冷凍サイクルにおいて、凝縮器と
膨張手段との間に受液器（レシーバ）を備えたレシーバ
型の冷凍サイクル装置ではレシーバ内を気液二相とし飽
和液冷媒のみを膨張手段に流しているので、膨張手段の
手前における過冷却度（サブクール）は常に０℃とな
る。

【０００３】一方、上記レシーバを省略したレシーバレ
ス型の冷凍サイクル装置ではサブクールは充填冷媒量、
系の冷媒流量（系の圧力状態）により変動し、このサブ
クールの変動に応じてモリエル線図上のサイクル軌跡が
変化し、成績係数ＣＯＰが変動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したレシーバ型の
冷凍サイクル装置では、サブクールを行わない（凝縮器
出口が飽和液線上となる）ので、冷媒流量が変動しても
サブクールによる成績係数向上を図ることができなかっ
た。レシーバレス型の冷凍サイクル装置では、冷媒流量
によりサブクールが変化するが、その結果、あるサブク
ール範囲では良好な成績係数ＣＯＰが得られるが、他の
サブクール範囲では成績係数ＣＯＰが低下するという問
題があることがわかった。

【０００５】本発明は、負荷変動（冷媒流量変動）に関
わらず優れた成績係数を実現可能な冷凍サイクル装置を
提供することをその目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍サイクル装
置は、圧縮機と凝縮器と膨張手段と蒸発器とを備える冷
凍サイクル装置において、前記蒸発器の吸熱能力を制御
する吸熱制御手段と、負荷を検出する負荷検出手段と、
検出した負荷に応じて前記吸熱制御手段を駆動制御して
前記凝縮器の過冷却度を適性レベルに調節する過冷却度
制御手段とを備えることを特徴としている。

【０００７】好適な態様において、前記吸熱制御手段は
前記蒸発器の前面に配設されたダンパからなる。ここで
適性レベルとは成績係数が良好な範囲又は膨張手段への
ガス冷媒流入を防止可能な範囲をいう。

【０００８】

【作用及び発明の効果】負荷検出手段は負荷の大きさを
検出し、過冷却度制御手段は検出した負荷の大きさに応
じて吸熱制御手段を駆動して蒸発器の吸熱能力を制御
し、それにより凝縮器の過冷却度を適性レベル（例えば
成績係数良好範囲又は膨張手段ガス冷媒流入防止範囲）
に調節する。

【０００９】本発明者らは、実験により、負荷（冷媒流
量）、サブクール（過冷却度）、成績係数ＣＯＰには相
関があり、各負荷（冷媒流量）レベルにおいて、成績係
数ＣＯＰが最高となるサブクールは異なることを発見し
た。本発明は、成績係数ＣＯＰを常に良好レベルに維持
されるように負荷（冷媒流量）の変動に応じてサブクー
ルを変化させる。これにより負荷変動（冷媒流量変動）
に関わらず常に優れた成績係数を実現することができ
る。

【００１０】更に、本発明は蒸発器の吸熱能力の制御に
より上記サブクールの制御を行う。このようにすれば、
例えば凝縮器側でサブクールを調節するのに比べて構造
が簡単にできるといった利点がある。

【００１１】

【実施例】本発明の冷凍サイクル装置の一実施例を図１
に示す。この冷凍サイクル装置はレシーバレス型であっ
て、車両用エンジン駆動の圧縮機１、コンデンサ２、膨
張弁３、エバポレ−タ４、圧縮機１を冷媒配管で連結し
てなり、車両用空調装置の一部を構成している。圧縮機
１は固定容量式であるが、可変容量式でもよい。

【００１２】エバポレ−タ４の出口には冷媒の温度を検
出する感温筒５が設けられ、この感温筒５によりエバポ
レ−タ４の出口の冷媒温度が検出される。検出されたこ
の冷媒温度の変化はチューブ５１封入冷媒の圧力変化に
変換され、この圧力変化によりダイヤフラム型の膨張弁
３を制御し、エバポレ−タ４から出る冷媒の過熱度ＳＨ
を所定の設定値に制御する。過熱度ＳＨが設定値より低
ければ、膨張弁３が絞られ、それによりエバポレ−タ４
への冷媒流入が減り、エバポレ−タ４中の液冷媒貯溜量
が減って、エバポレ−タ４の出口ではガス冷媒１００％
となり、過熱度ＳＨが所定値となる。逆に、過熱度ＳＨ
が設定値（例えば０〜数℃）より高ければ、膨張弁３を
開き、それによりエバポレ−タ４中への冷媒流入量が増
加し、エバポレ−タ４の液冷媒貯溜量が増加し、エバポ
レ−タ４の出口近傍まで液冷媒は達し、エバポレ−タ４
の出口での過熱度ＳＨは低下する。

【００１３】このようなエバポレ−タ４の出口における
冷媒条件により膨張弁３の開度を調節してエバポレ−タ
４の出口における過熱度ＳＨを一定に維持する技術は周
知であり、更なる追加説明は省略する。この実施例の特
徴は、空調ダクト７内においてエバポレ−タ４の前方に
ダンパ（本発明でいう負荷検出手段）８を設け、コンデ
ンサ２の出口に圧力センサからなる負荷センサ（本発明
でいう吸熱制御手段）９を設け、更にコントローラ（本
発明でいう過冷却度制御手段）６により負荷センサ９の
出力信号に応じてダンパ８の開閉を制御する点にある。
ダンパ８はモータ（図示せず）駆動の回動ダンパであ
り、ダンパ８が閉じるとエバポレ−タ４の上流側の半分
への風が遮断される。

【００１４】以下、このコントローラ６の制御動作を図
２のフローチャートを参照して説明する。まず、負荷セ
ンサ９の出力信号によりコンデンサ２の出口の圧力Ｐｃ
を読み取る（１００）。次に、読み取ったコンデンサ２
の出口の圧力Ｐｃが所定値Ｐｃｔ以下かどうかを調べ
（１０４）、以下であれば低負荷（低冷媒流量）として
ダンパ８を閉じ（１０６）てステップ１００にリターン
し、そうでなければ直接ステップ１００にリターンす
る。ダンパ８が閉じられると、エバポレ−タ４の蒸発能
力が低下してエバポレ−タ４の液冷媒貯溜量が増大し、
そのためにコンデンサ２の液冷媒貯溜量が減少し、それ
によりコンデンサ２の液冷能力が減少し、その結果とし
てコンデンサ２から出る液冷媒のサブクール（過冷却
度）が減少する。

【００１５】すなわちこの実施例では、負荷（冷媒流
量）が小さく、コンデンサ２の凝縮圧力が低くなる場合
に、ダンパ８を閉じてエバポレ−タ４の吸熱能力を削減
し、それによりエバポレ−タ４への液冷媒貯溜量を増加
し、コンデンサ２への液冷媒貯溜量を減らし、コンデン
サ２の液冷能力を削減し、その結果としてコンデンサ２
から出る液冷媒のサブクールを低減している。

【００１６】このようにすれば、低負荷（低冷媒流量）
時におけるサイクルの成績係数ＣＯＰを向上することが
できる。次に、負荷（冷媒流量）の大きさと成績係数Ｃ
ＯＰとサブクール（過冷却度）との関係について以下に
詳細に説明する。まず、負荷（冷房負荷）と冷媒流量と
の関係を説明する。

【００１７】負荷が増大すればそれに応じてエバポレ−
タ４の冷媒蒸発量が増加し、エバポレ−タ４の出口圧力
が増加し、コンデンサ２の出口圧力が増加する。圧力増
加に比例して冷媒流量が増加する。したがって、コンデ
ンサ２の出口の圧力Ｐｃを検出すれば負荷（冷媒流量）
がわかる。なお、負荷は他の部位の圧力により検出して
もよく、温度を検出しても推定できる。

【００１８】次に、サブクールとコンデンサ２及びエバ
ポレ−タ４の冷媒貯溜量との関係を説明する。サブクー
ルはコンデンサ２の下流側（又はコンデンサ２の下流側
に追設されたサブクール用コンデンサを含む）で凝縮液
冷媒が過冷却されることにより生じる。したがって、サ
ブクール（過冷却度）はコンデンサ２の下流に滞留する
液冷媒量に依存することがわかる。そして、レシーバレ
ス型の冷凍サイクル装置では、コンデンサ２の冷媒貯溜
量はエバポレ−タ４の冷媒貯溜量を調節することにより
制御することができ、エバポレ−タ４の冷媒貯溜量を調
節することによりサブクールを調節することができる。

【００１９】次に、サブクールと成績係数ＣＯＰと負荷
（冷媒流量）との関係を説明する。実験によれば図３に
示すように、成績係数ＣＯＰの最高値におけるサブクー
ルは負荷の大きさによって変動し、成績係数ＣＯＰ最高
時のサブクールは低負荷で小さく、高負荷で大きい。ま
た、例えば冷媒としてＲ１３４ａを用いた場合に、成績
係数ＣＯＰ最高時のサブクールは低負荷時にたとえば２
〜３℃、中負荷時にたとえば８℃、高負荷時にたとえば
１５〜１６℃となることがわかった。

【００２０】すなわち、図４のモリエル線図に実線で示
す高負荷（大冷媒流量）時にはコンデンサ２での凝縮温
度が充分高いので、サブクールを大きく取ることによ
り、同一仕事量ＡＬ１当たりの吸熱量Ｑ１が増大し、成
績係数が良くなる。ただ、この場合でもコンデンサ２の
出口の冷媒温度自体は冷却風温度などの伝熱条件による
限界があり、そのためにサブクールを大きくするために
はコンデンサ２の凝縮圧力を上げざるをえず、その結
果、サブクールを大きくし過ぎると圧縮機１の仕事量Ａ
Ｌ１が増大し、成績係数ＣＯＰ＝吸熱量Ｑ１／ＡＬ１が
減少する。すなわち、高負荷時において、成績係数ＣＯ
Ｐが最大となるサブクール値が存在する。

【００２１】同様に、図４のモリエル線図に破線で示す
低負荷（小冷媒流量）時においてもサブクールを大きく
すれば仕事量ＡＬ２当たりの吸熱量Ｑ２が向上し、成績
係数が良くなる。ただ、この場合でもコンデンサ２の出
口の冷媒温度自体は冷却風温度などの伝熱条件による限
界があり、そのためにサブクールを大きくするためには
コンデンサ２の凝縮温度（すなわち凝縮圧力）を上げざ
るえず、その結果、圧縮機１の仕事量ＡＬ２が増大し、
成績係数ＣＯＰ＝吸熱量Ｑ２／ＡＬ２が減少する。結
局、低負荷（小冷媒流量）時にはコンデンサ２の凝縮温
度自体が低いのでサブクールアップによる吸熱量Ｑ２の
アップを実現するための凝縮圧力増大、圧縮機１の仕事
量ＡＬ２増大の負担が大きく、結局より低いサブクール
値において成績係数ＣＯＰ＝吸熱量Ｑ２／ＡＬ２は最高
となる。

【００２２】図３の実験結果を整理すると、成績係数Ｃ
ＯＰの最大値は、負荷（冷媒流量）の増大に比例してサ
ブクールが増大する一本の特性線Ｌとなる（図５参
照）。ここで、サイクルへの冷媒封入量を調節すること
により、成績係数ＣＯＰが最高となるように高負荷（大
冷媒流量）時のサブクール値を調節すると、レシーバレ
ス型であるために、負荷（冷媒流量）を低下してゆくに
伴いサブクールは図５に破線Ｌ’で示すように最高の成
績係数線Ｌから外れる。言い換えればコンデンサ２に充
分に液冷媒が貯溜されるために、サブクールが大きく、
その分だけコンデンサ２の凝縮圧力、すなわち圧縮機１
の仕事量が大きい。

【００２３】本実施例はこの問題を改善するためになさ
れたものであり、所定値以下の低負荷時にはダンパ８を
閉めてエバポレ−タ４の液冷媒貯溜量を増加し、それに
よりコンデンサ２の液冷媒貯溜量を減らし、コンデンサ
２のサブクールを減少させ、コンデンサ２の凝縮圧力を
下げ、圧縮機１の仕事量を減らし、成績係数ＣＯＰを最
高値に保っている。

【００２４】なお、ダンパ８によるエバポレ−タ４の遮
断による伝熱面積低減量は、低負荷時のサブクールを低
下させ過ぎて膨張弁３に泡が混入しない程度に制限され
る。図６にダンパ８の開時のエバポレ−タ４の内部状態
を示し、図７にダンパ８閉時のエバポレ−タ４の内部状
態を示す。なお、負荷（冷媒流量）の検出には、圧縮機
１の吐出もしくは吸込みなどの圧力、温度の検出でも良
く、コンデンサ２の出口温度を検出してもよい。

【００２５】本実施例の作用を別の観点からみれば、低
負荷（小冷媒流量）時に最高の成績係数ＣＯＰを実現す
る冷媒流量とすると、高負荷（大冷媒流量）時にコンデ
ンサ２中の液冷媒貯溜量が減少してサブクールが充分に
とれず、膨張弁３の手前の液冷媒温度を充分に低下でき
ないという従来技術の欠点をダンパ８を開くことにより
解決するものである。 （変形態様）他の態様を図７に示す。この態様では、ダ
ンパ８の代わりとしてフィルム式ダンパ９を用いてい
る。

【００２６】フィルム式ダンパ９は、それぞれモータ
（図示せず）駆動の巻取りローラ９１、９２と、両端が
これら巻取りローラ９１、９２に固定されたフィルム９
３とからなり、フィルム９３は所定の通気用の開口窓９
４を有している。図１に示すコントローラ６により負荷
に応じて上記モータを駆動し、巻取りローラ９１、９２
によりフィルム９３の巻取り量を調節し、開口窓９４が
エバポレ−タ４と重なる面積を調節する。このようにす
ればリニアにエバポレ−タ４の伝熱面積を変えることが
でき、常に最高の成績係数ＣＯＰを達成することができ
る。すなわち、負荷（冷媒流量）の減少とともにエバポ
レ−タ４と開口窓９４との重なり面積を増大させればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍サイクル装置の一実施例を示すブ
ロック図、

【図２】図１のコントローラの作動を示すフローチャー
ト、

【図３】負荷と成績係数とサブクールとの関係を示す特
性図、

【図４】図１の冷凍サイクル装置のモリエル線図、

【図５】負荷と成績係数とサブクールとの関係を示す特
性図、

【図６】ダンパ開時のエバポレ−タ内の状態を示す状態
図、

【図７】ダンパ閉時のエバポレ−タ内の状態を示す状態
図、

【図８】他の態様を示すブロック図、

【符号の説明】

１は圧縮機、２はコンデンサ（凝縮器）、３は膨張手段
（膨張弁）、４はエバポレ−タ（蒸発器）、５はセン
サ、６はコントローラ（過冷却度制御手段）、８はダン
パ（吸熱制御手段）、９は負荷センサ（負荷検出手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と凝縮器と膨張手段と蒸発器とを備
   える冷凍サイクル装置において、 前記蒸発器の吸熱能力を制御する吸熱制御手段と、負荷
   を検出する負荷検出手段と、検出した負荷に応じて前記
   吸熱制御手段を駆動制御して前記凝縮器の過冷却度を適
   性レベルに調節する過冷却度制御手段とを備えることを
   特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】前記吸熱制御手段は、前記蒸発器の前面に
   配設されたダンパからなる請求項１記載の冷凍サイクル
   装置。