JPH11304268A - 超臨界冷凍サイクル - Google Patents
超臨界冷凍サイクルInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可変容量型圧縮機を有するCO2 サイクルに
おいて、可変容量型圧縮機の吐出冷媒量が変化したとき
であっても適切にCO2 サイクルを制御する 【解決手段】 可変容量型圧縮機の吐出冷媒量が変化
(縮小)したときは、電気式膨張弁3の開度を所定時間
To固定する。一方、吐出冷媒量が変化しないときは、
放熱器2出口側の冷媒温度及び圧力が最適制御線に沿っ
て変化するように電気式膨張弁の弁開度を制御する。こ
れにより、圧縮機1は、膨張弁3側の制御に影響される
ことなく、吸入圧Ps(蒸発器4側の圧力)に応じて吐
出冷媒量Qdが制御されるので、CO2 サイクルを適切
に制御することができる。
おいて、可変容量型圧縮機の吐出冷媒量が変化したとき
であっても適切にCO2 サイクルを制御する 【解決手段】 可変容量型圧縮機の吐出冷媒量が変化
(縮小)したときは、電気式膨張弁3の開度を所定時間
To固定する。一方、吐出冷媒量が変化しないときは、
放熱器2出口側の冷媒温度及び圧力が最適制御線に沿っ
て変化するように電気式膨張弁の弁開度を制御する。こ
れにより、圧縮機1は、膨張弁3側の制御に影響される
ことなく、吸入圧Ps(蒸発器4側の圧力)に応じて吐
出冷媒量Qdが制御されるので、CO2 サイクルを適切
に制御することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧側(放熱器)
側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える冷凍サイクル
(超臨界冷凍サイクル)に関するもので、二酸化炭素
(CO2 ) を冷媒とする冷凍サイクル(以下、この冷凍
サイクルをCO2 サイクルと呼ぶ。)に適用して有効で
ある。
側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える冷凍サイクル
(超臨界冷凍サイクル)に関するもので、二酸化炭素
(CO2 ) を冷媒とする冷凍サイクル(以下、この冷凍
サイクルをCO2 サイクルと呼ぶ。)に適用して有効で
ある。
【0002】
【従来の技術】CO2 サイクルでは、例えば特表平3−
503206号公報に記載の発明のごとく、放熱器出口
側の圧力を制御することにより冷凍能力が制御される。
そこで、出願人は、放熱器出口側に配設された弁手段の
弁開度を放熱器出口側の冷媒温度に応じて調節するCO
2 サイクル(超臨界冷凍サイクル)を既に出願している
(特願平8−11248号)。
503206号公報に記載の発明のごとく、放熱器出口
側の圧力を制御することにより冷凍能力が制御される。
そこで、出願人は、放熱器出口側に配設された弁手段の
弁開度を放熱器出口側の冷媒温度に応じて調節するCO
2 サイクル(超臨界冷凍サイクル)を既に出願している
(特願平8−11248号)。
【0003】具体的には、放熱器出口側の冷媒温度が上
昇したときには、その上昇に応じて弁開度を縮小して放
熱器出口側の冷媒圧力を上昇させ、一方、放熱器出口側
の冷媒温度が低下したときには、その低下に応じて弁開
度を拡大して放熱器出口側の冷媒圧力を低下させるもの
である。
昇したときには、その上昇に応じて弁開度を縮小して放
熱器出口側の冷媒圧力を上昇させ、一方、放熱器出口側
の冷媒温度が低下したときには、その低下に応じて弁開
度を拡大して放熱器出口側の冷媒圧力を低下させるもの
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者等は
CO2 サイクルを車両用空調装置に適用するに当たっ
て、いわゆる可変容量型圧縮機を用いたものを試験検討
していたところ、以下に述べる問題が発生することを発
見した。すなわち、CO2 サイクルに限らず、可変容量
型圧縮機を用いた冷凍サイクルでは、エンジン回転数が
比較的高く、冷凍サイクル内を循環する冷媒の質量流量
が大きいとき、又は車室内の温度が安定して空調装置
(蒸発器)において必要とされる冷凍能力(以下、この
冷凍能力を必要冷凍能力と呼ぶ。)が比較的小さくても
良いときには、圧縮機の吐出冷媒量を小さくすることに
より、冷凍能力が過度に増大することを防止している。
CO2 サイクルを車両用空調装置に適用するに当たっ
て、いわゆる可変容量型圧縮機を用いたものを試験検討
していたところ、以下に述べる問題が発生することを発
見した。すなわち、CO2 サイクルに限らず、可変容量
型圧縮機を用いた冷凍サイクルでは、エンジン回転数が
比較的高く、冷凍サイクル内を循環する冷媒の質量流量
が大きいとき、又は車室内の温度が安定して空調装置
(蒸発器)において必要とされる冷凍能力(以下、この
冷凍能力を必要冷凍能力と呼ぶ。)が比較的小さくても
良いときには、圧縮機の吐出冷媒量を小さくすることに
より、冷凍能力が過度に増大することを防止している。
【0005】このため、可変容量型圧縮機(以下、圧縮
機と略す。)と、上記出願(特願平8−11248号)
のごとく放熱器出口側の冷媒温度に応じて弁開度を制御
する弁手段とを組み合わせた場合、例えば冷凍能力が過
度に増大することを防止すべく圧縮機側が吐出冷媒量を
小さくすると、これに伴って放熱器出口側の冷媒圧力は
低下する。
機と略す。)と、上記出願(特願平8−11248号)
のごとく放熱器出口側の冷媒温度に応じて弁開度を制御
する弁手段とを組み合わせた場合、例えば冷凍能力が過
度に増大することを防止すべく圧縮機側が吐出冷媒量を
小さくすると、これに伴って放熱器出口側の冷媒圧力は
低下する。
【0006】一方、弁手段側は、放熱器出口側の冷媒圧
力を、その時の放熱器出口側の冷媒温度に応じた圧力
(冷凍能力)に維持すべく、弁開度を縮小させて放熱器
出口側の冷媒圧力を上昇させようとする。つまり、圧縮
機側は必要冷凍能力に応じてその吐出冷媒量を制御する
のに対して、弁手段側は放熱器出口側の冷媒温度に応じ
て冷凍能力を維持しようと制御するため、両者を単純に
組み合わせただけでは、CO2 サイクルを適切に制御す
ることができないという問題が発生する。
力を、その時の放熱器出口側の冷媒温度に応じた圧力
(冷凍能力)に維持すべく、弁開度を縮小させて放熱器
出口側の冷媒圧力を上昇させようとする。つまり、圧縮
機側は必要冷凍能力に応じてその吐出冷媒量を制御する
のに対して、弁手段側は放熱器出口側の冷媒温度に応じ
て冷凍能力を維持しようと制御するため、両者を単純に
組み合わせただけでは、CO2 サイクルを適切に制御す
ることができないという問題が発生する。
【0007】本発明は、上記点に鑑み、可変容量型圧縮
機を有する超臨界冷凍サイクルにおいて、可変容量型圧
縮機の吐出冷媒量が変化したときであっても適切に超臨
界冷凍サイクルを制御することを目的とする。
機を有する超臨界冷凍サイクルにおいて、可変容量型圧
縮機の吐出冷媒量が変化したときであっても適切に超臨
界冷凍サイクルを制御することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を用いる。請求項1に記載の発明
では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定され
たときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に応じ
て予め設定された第1プログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、第1プログラムと異なる第2プログラムに基
づいて弁開度を制御することを特徴とする。
め、以下の技術的手段を用いる。請求項1に記載の発明
では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定され
たときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に応じ
て予め設定された第1プログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、第1プログラムと異なる第2プログラムに基
づいて弁開度を制御することを特徴とする。
【0009】これにより、第2プログラムにより弁手段
(3)を制御している際に、可変容量型圧縮機(1)が
弁手段(3)側の影響を受けることを抑制することがで
きるので、超臨界冷凍サイクルを適切に制御することが
できる。請求項2に記載の発明では、制御手段(9)
は、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定された
ときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に基づい
て弁開度を可変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化した
と判定されたときには、弁開度を固定することを特徴と
する。
(3)を制御している際に、可変容量型圧縮機(1)が
弁手段(3)側の影響を受けることを抑制することがで
きるので、超臨界冷凍サイクルを適切に制御することが
できる。請求項2に記載の発明では、制御手段(9)
は、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定された
ときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に基づい
て弁開度を可変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化した
と判定されたときには、弁開度を固定することを特徴と
する。
【0010】これにより、請求項1に記載の発明と同様
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。請求項3に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、プログラムに基づいて弁開度を可変制御する
ときに比べて、弁開度の変化率が小さくなるように弁開
度を可変制御することを特徴とする。
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。請求項3に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、プログラムに基づいて弁開度を可変制御する
ときに比べて、弁開度の変化率が小さくなるように弁開
度を可変制御することを特徴とする。
【0011】これにより請求項1に記載の発明と同様に
可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受け
ることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイク
ルを適切に制御することができる。、請求項4に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、放熱器(2)の出口側の圧力が、冷媒
温度検出手段(8)の検出温度に基づいて決定される第
1目標圧力となるように弁開度を可変制御し、吐出冷媒
量(Qd)が変化したと判定されたときには、放熱器
(2)の出口側の圧力が第1目標圧力より低い第2目標
圧力となるように弁開度を可変制御することを特徴とす
る。
可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受け
ることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイク
ルを適切に制御することができる。、請求項4に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、放熱器(2)の出口側の圧力が、冷媒
温度検出手段(8)の検出温度に基づいて決定される第
1目標圧力となるように弁開度を可変制御し、吐出冷媒
量(Qd)が変化したと判定されたときには、放熱器
(2)の出口側の圧力が第1目標圧力より低い第2目標
圧力となるように弁開度を可変制御することを特徴とす
る。
【0012】これにより、請求項1に記載の発明と同様
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。請求項5に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、吸入圧変化検出手段(7、9)の検出値が所
定値以上の間は、プログラムに基づく弁開度の可変制御
を中止することを特徴とする。
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。請求項5に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、吸入圧変化検出手段(7、9)の検出値が所
定値以上の間は、プログラムに基づく弁開度の可変制御
を中止することを特徴とする。
【0013】これにより、請求項1に記載の発明と同様
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。請求項6に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、所定時間(To)、プログラムに基づく前記
弁開度の可変制御を中止することを特徴とする。
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。請求項6に記載の
発明では、吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定
されたときには、冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて弁開度を可
変制御し、吐出冷媒量(Qd)が変化したと判定された
ときには、所定時間(To)、プログラムに基づく前記
弁開度の可変制御を中止することを特徴とする。
【0014】これにより、請求項1に記載の発明と同様
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。因みに、上記した
括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段と
の対応関係を示す一例である。
に可変容量型圧縮機(1)が弁手段(3)側の影響を受
けることを抑制することができるので、超臨界冷凍サイ
クルを適切に制御することができる。因みに、上記した
括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段と
の対応関係を示す一例である。
【0015】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)本実施形態は本
発明に係る超臨界冷凍サイクルを車両用のCO2 サイク
ルに適用したものであって、図1は本実施形態に係るC
O2 サイクルの模式図である。図1中、1は冷媒(CO
2 )を吸入圧縮する圧縮機1であり、この圧縮機1は、
吸入圧Psの低下に応じて吐出冷媒量Qdが低下するよ
うに構成された周知の可変容量型圧縮機である。ここ
で、吐出冷媒量Qdとは、圧縮機1のシャフト(図示せ
ず)が1回転当たりするときに圧縮機1から吐出される
冷媒の理論吐出量を言う。
発明に係る超臨界冷凍サイクルを車両用のCO2 サイク
ルに適用したものであって、図1は本実施形態に係るC
O2 サイクルの模式図である。図1中、1は冷媒(CO
2 )を吸入圧縮する圧縮機1であり、この圧縮機1は、
吸入圧Psの低下に応じて吐出冷媒量Qdが低下するよ
うに構成された周知の可変容量型圧縮機である。ここ
で、吐出冷媒量Qdとは、圧縮機1のシャフト(図示せ
ず)が1回転当たりするときに圧縮機1から吐出される
冷媒の理論吐出量を言う。
【0016】なお、本実施形態では、圧縮機1は、Vベ
ルト(図示せず)を介して車両走行用エンジン(図示せ
ず)から駆動力を得て稼動する。2は圧縮機1から吐出
する冷媒を冷却するとともに、内部の圧力が冷媒の臨界
圧力を超える放熱器(ガスクーラ)である。そして、こ
の放熱器2の出口側には、冷媒を減圧するとともに、放
熱器2の出口側の冷媒温度に基づいて、その弁開度を可
変制御することにより放熱器2の出口側の冷媒圧力を制
御する電気式膨張弁(弁手段)3が配設されている。な
お、電気式膨張弁(以下、膨張弁と略す。)4は、後述
する電子制御装置9により電気的に制御される。
ルト(図示せず)を介して車両走行用エンジン(図示せ
ず)から駆動力を得て稼動する。2は圧縮機1から吐出
する冷媒を冷却するとともに、内部の圧力が冷媒の臨界
圧力を超える放熱器(ガスクーラ)である。そして、こ
の放熱器2の出口側には、冷媒を減圧するとともに、放
熱器2の出口側の冷媒温度に基づいて、その弁開度を可
変制御することにより放熱器2の出口側の冷媒圧力を制
御する電気式膨張弁(弁手段)3が配設されている。な
お、電気式膨張弁(以下、膨張弁と略す。)4は、後述
する電子制御装置9により電気的に制御される。
【0017】4は、膨張弁3から流出する気液2相状態
の冷媒のうち液相冷媒を蒸発させて空気を冷却する蒸発
器であり、5はCO2 サイクル内の余剰冷媒を蓄えると
ともに、蒸発器4から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷
媒とに分離して気相冷媒のみを圧縮機1の吸入側に流出
させるアキュームレータ(気液分離手段)である。ま
た、6は放熱器2出口側の冷媒圧力を検出する第1圧力
センサ(第1圧力検出手段)であり、7は圧縮機1の吸
入側の圧力(吸入圧Ps)を検出する第2圧力センサ
(第2圧力検出手段)であり、8は放熱器2出口側の冷
媒温度を検出する温度センサ(冷媒温度検出手段)であ
る。
の冷媒のうち液相冷媒を蒸発させて空気を冷却する蒸発
器であり、5はCO2 サイクル内の余剰冷媒を蓄えると
ともに、蒸発器4から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷
媒とに分離して気相冷媒のみを圧縮機1の吸入側に流出
させるアキュームレータ(気液分離手段)である。ま
た、6は放熱器2出口側の冷媒圧力を検出する第1圧力
センサ(第1圧力検出手段)であり、7は圧縮機1の吸
入側の圧力(吸入圧Ps)を検出する第2圧力センサ
(第2圧力検出手段)であり、8は放熱器2出口側の冷
媒温度を検出する温度センサ(冷媒温度検出手段)であ
る。
【0018】そして、各センサ6〜8の出力信号は、電
子制御装置(ECU)9に入力されており、このECU
9は、これらセンサ6〜8からの入力信号に応じて予め
記憶されたプログラムに従って膨張弁3の弁開度を可変
制御する。ところで、本実施形態においては、膨張弁3
の制御作動は、圧縮機1の吐出冷媒量Qdが変化する前
後では異なっており、以下、図2に示すECU9の制御
フローチャートに基づいて本実施形態の特徴的作動につ
いて述べる。
子制御装置(ECU)9に入力されており、このECU
9は、これらセンサ6〜8からの入力信号に応じて予め
記憶されたプログラムに従って膨張弁3の弁開度を可変
制御する。ところで、本実施形態においては、膨張弁3
の制御作動は、圧縮機1の吐出冷媒量Qdが変化する前
後では異なっており、以下、図2に示すECU9の制御
フローチャートに基づいて本実施形態の特徴的作動につ
いて述べる。
【0019】CO2 サイクルの起動スイッチ(図示せ
ず)が投入され、CO2 サイクルが起動されると、EC
U9は、各センサ6〜8からの信号を読み込み(S10
0)、吸入圧Ps(第2圧力センサ7の検出値)の圧力
変化率(本実施形態では、吸入圧Psの低下変化率)Δ
Psが所定値ΔP1 未満であるか否かを判定する(S1
10)。
ず)が投入され、CO2 サイクルが起動されると、EC
U9は、各センサ6〜8からの信号を読み込み(S10
0)、吸入圧Ps(第2圧力センサ7の検出値)の圧力
変化率(本実施形態では、吸入圧Psの低下変化率)Δ
Psが所定値ΔP1 未満であるか否かを判定する(S1
10)。
【0020】そして、圧力変化率ΔPsが所定値ΔP1
未満のときには、ECU9は、現状の吐出冷媒量Qdが
維持された状態で圧縮機1が稼動している(吐出冷媒量
Qdが変化していない)ものとみなして、放熱器2の出
口側の冷媒温度と冷媒圧力とが最適制御線ηmax (図3
参照)で示される関係となるように設定された第1プロ
グラムに従って膨張弁3の弁開度を可変制御し(S12
0)、その後S100に戻る。以下、この制御を第1プ
ログラム制御と呼ぶ。
未満のときには、ECU9は、現状の吐出冷媒量Qdが
維持された状態で圧縮機1が稼動している(吐出冷媒量
Qdが変化していない)ものとみなして、放熱器2の出
口側の冷媒温度と冷媒圧力とが最適制御線ηmax (図3
参照)で示される関係となるように設定された第1プロ
グラムに従って膨張弁3の弁開度を可変制御し(S12
0)、その後S100に戻る。以下、この制御を第1プ
ログラム制御と呼ぶ。
【0021】一方、 圧力変化率ΔPsが所定値ΔP1
以上のときには、吸入圧Psが低下して圧縮機1の吐出
冷媒量Qdが低下したものとみなして、第1プログラム
制御を中止してECU9に内臓されたタイマ(図示せ
ず)により時間計測を開始するとともに(S130、S
140)、膨張弁3の弁開度を第1プログラム制御を中
止した時の弁開度に固定する(S150)。そして、時
間計測開始後、所定時間Toが経過した時にS100に
戻る(S160)。
以上のときには、吸入圧Psが低下して圧縮機1の吐出
冷媒量Qdが低下したものとみなして、第1プログラム
制御を中止してECU9に内臓されたタイマ(図示せ
ず)により時間計測を開始するとともに(S130、S
140)、膨張弁3の弁開度を第1プログラム制御を中
止した時の弁開度に固定する(S150)。そして、時
間計測開始後、所定時間Toが経過した時にS100に
戻る(S160)。
【0022】なお、以下、第1プログラム制御が中止し
ている間に膨張弁3に対して実施される制御プログラム
を第2プログラム制御と呼ぶ。因みに、吐出冷媒量Qd
が縮小変化した後は、CO2 サイクル内を循環する冷媒
の質量流量が低下するので、放熱器2出口側の冷媒温度
は低下する。このため、所定時間Toの経過後は、低下
した放熱器2出口側の冷媒温度に基づいて膨張弁3の弁
開度(放熱器2出口側の冷媒圧力)が制御される(図4
の一点鎖線参照)。
ている間に膨張弁3に対して実施される制御プログラム
を第2プログラム制御と呼ぶ。因みに、吐出冷媒量Qd
が縮小変化した後は、CO2 サイクル内を循環する冷媒
の質量流量が低下するので、放熱器2出口側の冷媒温度
は低下する。このため、所定時間Toの経過後は、低下
した放熱器2出口側の冷媒温度に基づいて膨張弁3の弁
開度(放熱器2出口側の冷媒圧力)が制御される(図4
の一点鎖線参照)。
【0023】なお、最適制御線ηmax とは、放熱器2出
口側の冷媒温度に対して、CO2 サイクル(超臨界冷凍
サイクル)の成績係数が最大となる放熱器2出口側の冷
媒圧力をモリエル線図上に描いたものである。また、所
定時間Toとは、圧縮機1の吐出冷媒量Qdが低下した
後、CO2 サイクルの挙動が安定するに必要な時間を言
う。
口側の冷媒温度に対して、CO2 サイクル(超臨界冷凍
サイクル)の成績係数が最大となる放熱器2出口側の冷
媒圧力をモリエル線図上に描いたものである。また、所
定時間Toとは、圧縮機1の吐出冷媒量Qdが低下した
後、CO2 サイクルの挙動が安定するに必要な時間を言
う。
【0024】次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施
形態によれば、圧縮機1の吐出冷媒量Qdが変化せず一
定であるときには、放熱器2出口側の冷媒温度及び冷媒
圧力は、最適制御線ηmax で示されるように制御(第1
プログラム制御)されるので(図4の実線参照)、成績
係数を高く維持しながらCO2 サイクルを運転すること
ができる。
形態によれば、圧縮機1の吐出冷媒量Qdが変化せず一
定であるときには、放熱器2出口側の冷媒温度及び冷媒
圧力は、最適制御線ηmax で示されるように制御(第1
プログラム制御)されるので(図4の実線参照)、成績
係数を高く維持しながらCO2 サイクルを運転すること
ができる。
【0025】一方、エンジン回転数が比較的高いとき、
又は必要冷凍能力が比較的小さくなり、吐出冷媒量Qd
が縮小変化したときには、膨張弁3の弁開度がその時の
弁開度に維持される(第2プログラム制御される)の
で、膨張弁3によって冷媒が減圧されることにより、蒸
発器4側の圧力が大きく減圧されることを防止できる
(図4の破線参照)。
又は必要冷凍能力が比較的小さくなり、吐出冷媒量Qd
が縮小変化したときには、膨張弁3の弁開度がその時の
弁開度に維持される(第2プログラム制御される)の
で、膨張弁3によって冷媒が減圧されることにより、蒸
発器4側の圧力が大きく減圧されることを防止できる
(図4の破線参照)。
【0026】したがって、圧縮機1は、膨張弁3側の制
御に影響されることなく、吸入圧Ps(蒸発器4側の圧
力)に応じて吐出冷媒量Qdが制御されるので、CO2
サイクルを適切に制御することができる。 (第2実施形態)上述の実施形態では、第2プログラム
制御時に膨張弁3の弁開度を、第2プログラム制御へ移
行する時の弁開度に維持(固定)したが、本実施形態で
は、第2プログラム制御時に、第1プログラム制御時に
比べて、弁開度の変化率が小さくなるように、弁開度を
微少に可変制御させたものである。因みに、膨張弁3の
制御作動は、第1実施形態と同様である。
御に影響されることなく、吸入圧Ps(蒸発器4側の圧
力)に応じて吐出冷媒量Qdが制御されるので、CO2
サイクルを適切に制御することができる。 (第2実施形態)上述の実施形態では、第2プログラム
制御時に膨張弁3の弁開度を、第2プログラム制御へ移
行する時の弁開度に維持(固定)したが、本実施形態で
は、第2プログラム制御時に、第1プログラム制御時に
比べて、弁開度の変化率が小さくなるように、弁開度を
微少に可変制御させたものである。因みに、膨張弁3の
制御作動は、第1実施形態と同様である。
【0027】なお、弁開度を微少に可変制御するとは、
圧縮機1の吐出冷媒量Qdの制御に対して大きな影響が
でない程度に弁開度を可変制御することを言う。これに
より、圧縮機1は、膨張弁3側の制御に大きく影響され
ることなく、吸入圧Psに応じて吐出冷媒量Qdが制御
されるので、CO2 サイクルを適切に制御することがで
きる。
圧縮機1の吐出冷媒量Qdの制御に対して大きな影響が
でない程度に弁開度を可変制御することを言う。これに
より、圧縮機1は、膨張弁3側の制御に大きく影響され
ることなく、吸入圧Psに応じて吐出冷媒量Qdが制御
されるので、CO2 サイクルを適切に制御することがで
きる。
【0028】(第3実施形態)第2実施形態では、第2
プログラム制御時に、第1プログラム制御時に比べて弁
開度の変化率が小さくなるように弁開度を制御したが、
本実施形態では、第2プログラム制御時に、最適制御線
ηmax に基づいて決定される放熱器2出口側の冷媒圧力
(以下、この圧力を第1目標圧力と呼ぶ。)より低い第
2目標圧力となるように制御するものでる(図5参
照)。因みに、膨張弁3の制御作動は、第1実施形態と
同様である。
プログラム制御時に、第1プログラム制御時に比べて弁
開度の変化率が小さくなるように弁開度を制御したが、
本実施形態では、第2プログラム制御時に、最適制御線
ηmax に基づいて決定される放熱器2出口側の冷媒圧力
(以下、この圧力を第1目標圧力と呼ぶ。)より低い第
2目標圧力となるように制御するものでる(図5参
照)。因みに、膨張弁3の制御作動は、第1実施形態と
同様である。
【0029】なお、第2目標圧力とは、第2実施形態と
同様に、圧縮機1の吐出冷媒量Qdの制御に対して大き
な影響がでない程度に弁開度が可変制御さるように設定
された圧力を言う。 (第4実施形態)上述の実施形態では、吐出冷媒量Qd
は縮小変化した時から所定時間Toだけ第2プログラム
制御を実施したが、本実施形態では、後述するように、
圧縮機1の吐出冷媒量Qdが変化した後、CO2 サイク
ルの挙動が安定するまで第2プログラム制御を行い、C
O2 サイクルの挙動が安定した後に、第1プログラム制
御に戻るものである。
同様に、圧縮機1の吐出冷媒量Qdの制御に対して大き
な影響がでない程度に弁開度が可変制御さるように設定
された圧力を言う。 (第4実施形態)上述の実施形態では、吐出冷媒量Qd
は縮小変化した時から所定時間Toだけ第2プログラム
制御を実施したが、本実施形態では、後述するように、
圧縮機1の吐出冷媒量Qdが変化した後、CO2 サイク
ルの挙動が安定するまで第2プログラム制御を行い、C
O2 サイクルの挙動が安定した後に、第1プログラム制
御に戻るものである。
【0030】以下、図6に示すECU9の制御フローチ
ャートに基づいて本実施形態の特徴的作動について述べ
る。CO2 サイクルの起動スイッチが投入され、CO2
サイクルが起動されると、ECU9は、各センサ6〜8
からの信号を読み込み(S400)、吸入圧Psの圧力
変化率ΔPsが所定値ΔP1 未満であるか否かを判定す
る(S410)。
ャートに基づいて本実施形態の特徴的作動について述べ
る。CO2 サイクルの起動スイッチが投入され、CO2
サイクルが起動されると、ECU9は、各センサ6〜8
からの信号を読み込み(S400)、吸入圧Psの圧力
変化率ΔPsが所定値ΔP1 未満であるか否かを判定す
る(S410)。
【0031】そして、圧力変化率ΔPsが第1所定値Δ
P1 未満のときには、ECU9は、現状の吐出冷媒量Q
dが維持された状態で圧縮機1が稼動している(吐出冷
媒量Qdが変化していない)ものとみなして、第1プロ
グラム制御を実行し(S420)、その後S400に戻
る。一方、 圧力変化率ΔPsが第1所定値ΔP1 以上
のときには、吸入圧Psが低下して圧縮機1の吐出冷媒
量Qdが低下したものとみなして、第1プログラム制御
を中止するとともに(S430)、圧力変化率ΔPsが
第2所定値ΔP2 以上である間は、CO2 サイクルの挙
動が安定していないものとみなして、第2プログラム制
御を実施する(S440、S450)。なお、本実施形
態における第2プログラム制御は、第1実施形態と同様
に、第1プログラム制御を中止した時の弁開度に固定す
るものである。
P1 未満のときには、ECU9は、現状の吐出冷媒量Q
dが維持された状態で圧縮機1が稼動している(吐出冷
媒量Qdが変化していない)ものとみなして、第1プロ
グラム制御を実行し(S420)、その後S400に戻
る。一方、 圧力変化率ΔPsが第1所定値ΔP1 以上
のときには、吸入圧Psが低下して圧縮機1の吐出冷媒
量Qdが低下したものとみなして、第1プログラム制御
を中止するとともに(S430)、圧力変化率ΔPsが
第2所定値ΔP2 以上である間は、CO2 サイクルの挙
動が安定していないものとみなして、第2プログラム制
御を実施する(S440、S450)。なお、本実施形
態における第2プログラム制御は、第1実施形態と同様
に、第1プログラム制御を中止した時の弁開度に固定す
るものである。
【0032】そして、圧力変化率ΔPsが第2所定値Δ
P2 未満となったときには、CO2サイクルの挙動が安
定したものとみなしてS400に戻る。ところで、第4
実施形態では、第2プログラム制御を第1実施形態と同
様にしたが、第4実施形態はこれに限定されるものでは
なく、第2プログラム制御を第2、3実施形態と同様な
制御としてもよい。
P2 未満となったときには、CO2サイクルの挙動が安
定したものとみなしてS400に戻る。ところで、第4
実施形態では、第2プログラム制御を第1実施形態と同
様にしたが、第4実施形態はこれに限定されるものでは
なく、第2プログラム制御を第2、3実施形態と同様な
制御としてもよい。
【0033】また、上述の実施形態では、CO2 サイク
ルを例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素
等を冷媒とする超臨界冷凍サイクルにも適用することが
できる。
ルを例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素
等を冷媒とする超臨界冷凍サイクルにも適用することが
できる。
【図1】CO2 サイクルの模式図である。
【図2】第1〜3実施形態におけるECUの制御フロー
チャートである。
チャートである。
【図3】CO2 のモリエル線図である。
【図4】CO2 サイクルの作動を示すモリエル線図であ
る。
る。
【図5】CO2 サイクルの作動を示すモリエル線図であ
る。
る。
【図6】第4実施形態におけるECUの制御フローチャ
ートである。
ートである。
1…可変容量型圧縮機、2…放熱器、3…電気式膨張弁
(弁手段)、4…蒸発器、5…アキュームレータ、6…
第1圧力センサ、7…第2圧力センサ、8…温度センサ
(冷媒温度検出手段)。
(弁手段)、4…蒸発器、5…アキュームレータ、6…
第1圧力センサ、7…第2圧力センサ、8…温度センサ
(冷媒温度検出手段)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 俊郎 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 横町 尚也 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内
Claims (6)
- 【請求項1】 吸入圧(Ps)の低下に応じて吐出冷媒
量(Qd)が低下するように構成された可変容量型圧縮
機(1)と、 前記可変容量型圧縮機(1)から吐出する冷媒を冷却す
るとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を超える放熱
器(2)と、 前記放熱器(2)の出口側に配設され、弁開度が可変制
御される弁手段(3)と、 前記弁手段(3)から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器
(4)と、 前記放熱器(2)の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温
度検出手段(8)と、前記可変容量型圧縮機(1)の吐
出冷媒量(Qd)が変化したか否かを判定する判定手段
(S110、S410)と、 前記弁手段(3)を電気的に制御する制御手段(9)と
を有し、 前記制御手段(9)は、前記判定手段(S110、S4
10)により前記吐出冷媒量(Qd)が変化していない
と判定されたときには、前記冷媒温度検出手段(8)の
検出温度に応じて予め設定された第1プログラムに基づ
いて前記弁開度を可変制御し、前記判定手段(S11
0、S410)により前記吐出冷媒量(Qd)が変化し
たと判定されたときには、前記第1プログラムと異なる
第2プログラムに基づいて前記弁開度を制御することを
特徴とする超臨界冷凍サイクル。 - 【請求項2】 吸入圧(Ps)の低下に応じて吐出冷媒
量(Qd)が低下するように構成された可変容量型圧縮
機(1)と、 前記可変容量型圧縮機(1)から吐出する冷媒を冷却す
るとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を超える放熱
器(2)と、 前記放熱器(2)の出口側に配設され、弁開度が可変制
御される弁手段(3)と、 前記弁手段(3)から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器
(4)と、 前記放熱器(2)の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温
度検出手段(8)と、 前記可変容量型圧縮機(1)の吐出冷媒量(Qd)が変
化したか否かを判定する判定手段(S110、S41
0)と、 前記弁手段(3)を電気的に制御する制御手段(9)と
を有し、 前記制御手段(S110)は、前記判定手段(S11
0、S410)により前記吐出冷媒量(Qd)が変化し
ていないと判定されたときには、前記冷媒温度検出手段
(8)の検出温度に基づいて前記弁開度を可変制御し、
前記判定手段(S110、S410)により前記吐出冷
媒量(Qd)が変化したと判定されたときには、前記弁
開度を固定することを特徴とする超臨界冷凍サイクル。 - 【請求項3】 吸入圧(Ps)の低下に応じて吐出冷媒
量(Qd)が低下するように構成された可変容量型圧縮
機(1)と、 前記可変容量型圧縮機(1)から吐出する冷媒を冷却す
るとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を超える放熱
器(2)と、 前記放熱器(2)の出口側に配設され、弁開度が可変制
御される弁手段(3)と、 前記弁手段(3)から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器
(4)と、 前記放熱器(2)の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温
度検出手段(8)と、 前記可変容量型圧縮機(1)の吐出冷媒量(Qd)が変
化したか否かを判定する判定手段(S110)と、 前記弁手段(3)を電気的に制御する制御手段(9)と
を有し、 前記制御手段(9)は、前記判定手段(S110)によ
り前記吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定され
たときには、前記冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて前記弁開度
を可変制御し、前記判定手段(9)により前記吐出冷媒
量(Qd)が変化したと判定されたときには、前記プロ
グラムに基づいて前記弁開度を可変制御するときに比べ
て、前記弁開度の変化率が小さくなるように前記弁開度
を可変制御することを特徴とする超臨界冷凍サイクル。 - 【請求項4】 吸入圧(Ps)の低下に応じて吐出冷媒
量(Qd)が低下するように構成された可変容量型圧縮
機(1)と、 前記可変容量型圧縮機(1)から吐出する冷媒を冷却す
るとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を超える放熱
器(2)と、 前記放熱器(2)の出口側に配設され、弁開度が可変制
御される弁手段(3)と、 前記弁手段(3)から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器
(4)と、 前記放熱器(2)の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温
度検出手段(8)と、 前記可変容量型圧縮機(1)の吐出冷媒量(Qd)が変
化したか否かを判定する判定手段(S110)と、 前記弁手段(3)を電気的に制御する制御手段(9)と
を有し、 前記制御手段(9)は、前記判定手段(S110)によ
り前記吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定され
たときには、前記放熱器(2)の出口側の圧力が、前記
冷媒温度検出手段(8)の検出温度に基づいて決定され
る第1目標圧力となるように前記弁開度を可変制御し、
前記判定手段(S110)により前記吐出冷媒量(Q
d)が変化したと判定されたときには、前記放熱器
(2)の出口側の圧力が前記第1目標圧力より低い第2
目標圧力となるように前記弁開度を可変制御することを
特徴とする超臨界冷凍サイクル。 - 【請求項5】 吸入圧(Ps))の低下に応じて吐出冷
媒量(Qd))が低下するように構成された可変容量型
圧縮機(1)と、 前記可変容量型圧縮機(1)から吐出する冷媒を冷却す
るとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を超える放熱
器(2)と、 前記放熱器(2)の出口側に配設され、弁開度が可変制
御される弁手段(3)と、 前記弁手段(3)から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器
(4)と、 前記放熱器(2)の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温
度検出手段(8)と、 前記可変容量型圧縮機(1)の吐出冷媒量(Qd)が変
化したか否かを判定する判定手段(S410))と、 前記吸入圧(Ps)の変化率を検出する吸入圧変化検出
手段(7、9)と、 前記弁手段(3)を電気的に制御する制御手段(9)と
を有し、 前記制御手段(9)は、前記判定手段(S410)によ
り前記吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定され
たときには、前記冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて前記弁開度
を可変制御し、前記判定手段(S410)により前記吐
出冷媒量(Qd)が変化したと判定されたときには、前
記吸入圧変化検出手段(7、9)の検出値が所定値以上
の間は、前記プログラムに基づく前記弁開度の可変制御
を中止することを特徴とする超臨界冷凍サイクル。 - 【請求項6】 吸入圧(Ps)の低下に応じて吐出冷媒
量(Qd)が低下するように構成された可変容量型圧縮
機(1)と、 前記可変容量型圧縮機(1)から吐出する冷媒を冷却す
るとともに、内部の圧力が冷媒の臨界圧力を超える放熱
器(2)と、 前記放熱器(2)の出口側に配設され、弁開度が可変制
御される弁手段(3)と、 前記弁手段(3)から流出した冷媒を蒸発させる蒸発器
(4)と、 前記放熱器(2)の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温
度検出手段(8)と、 前記可変容量型圧縮機(1)の吐出冷媒量(Qd)が変
化したか否かを判定する判定手段(S110)と、 前記弁手段(3)を電気的に制御する制御手段(9)と
を有し、 前記制御手段(9)は、前記判定手段(S110)によ
り前記吐出冷媒量(Qd)が変化していないと判定され
たときには、前記冷媒温度検出手段(8)の検出温度に
応じて予め設定されたプログラムに基づいて前記弁開度
を可変制御し、前記判定手段(S110)により前記吐
出冷媒量(Qd)が変化したと判定されたときには、所
定時間(To)、前記プログラムに基づく前記弁開度の
可変制御を中止することを特徴とする超臨界冷凍サイク
ル。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10942698A JP3861451B2 (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 超臨界冷凍サイクル |
| US09/287,814 US6182456B1 (en) | 1998-04-20 | 1999-04-07 | Supercritical refrigerating cycle system |
| DE19917048A DE19917048B4 (de) | 1998-04-20 | 1999-04-15 | Superkritisches Kältekreislaufsystem |
| FR9904838A FR2777640B1 (fr) | 1998-04-20 | 1999-04-16 | Systeme a cycle frigorifique supercritique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10942698A JP3861451B2 (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 超臨界冷凍サイクル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11304268A true JPH11304268A (ja) | 1999-11-05 |
| JP3861451B2 JP3861451B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=14509953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10942698A Expired - Fee Related JP3861451B2 (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 超臨界冷凍サイクル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6182456B1 (ja) |
| JP (1) | JP3861451B2 (ja) |
| DE (1) | DE19917048B4 (ja) |
| FR (1) | FR2777640B1 (ja) |
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| JP2002267279A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-18 | Zexel Valeo Climate Control Corp | 冷凍サイクル制御装置 |
| WO2012017829A1 (ja) * | 2010-08-02 | 2012-02-09 | ダイキン工業株式会社 | 空気調和装置 |
| KR20150027510A (ko) * | 2013-09-04 | 2015-03-12 | 한라비스테온공조 주식회사 | 차량용 공조장치 |
| CN112344510A (zh) * | 2019-08-07 | 2021-02-09 | 青岛海尔空调电子有限公司 | 用于空调机组的压缩机冷却控制方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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