JPS6358073A - 冷房装置 - 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〕 本発明は冷房装置に係り、特に自動車用冷房装置などに
好適な制御手段を備えた冷房装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の冷房装置では、たとえば特開昭５９−２２９１５
７号公報に記載のように、〕脹弁の入口側に連通ずる冷
媒通路の所定の位置に気液判別手段を設け、所定位置に
おける冷媒の状態が気体か液体かを判別して、気体の場
合には冷媒不足警報を出力するように構成したものが知
られている。しかし所定位置における冷媒の状態が気体
となるのは、冷媒不足の場合だけでなくて外気旦度が低
い場合などにもありうる。すなわち外気温が低い場合に
は凝縮器での凝縮がすすんで液冷媒が凝縮器に貯えられ
るため、膨脹弁の入口側に連通ずる通路内の冷媒はあた
かも冷媒不足の場合のように気体の状態となるが、これ
らの現象については考慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、膨脹弁の入口側の所定位置に設けた
気液判別手段により所定位置での冷媒の状態が気体か液
体かを判別できるが、気体となる原因まで判別できない
ため、冷媒不足の場合のみならず外気温度が低い場合な
どにも誤って冷媒不足警報を出力するという問題点があ
った。

本発明の目的は運転状態にかかわりなく冷媒不足の状態
のみを確実に検知して冷媒不足警報を出力するなどの処
理を行なえる冷房装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、膨脹弁の兼用か内蔵の冷媒通路開閉手段ま
たは膨脹弁の上流か下流の近接位置に設けた冷媒流路開
閉手段を閉じることにより高圧側に冷媒回収を行ない、
このとき本来液冷媒のみが溜まるべき部位の冷媒の状態
を気液判別手段により気体か液体かを判別して、その結
果に基づき冷媒不足警報を出力するなどの処理を行なう
ようにした冷房装置により達成される。

〔作用〕

上記手段による冷房装置では、膨脹弁に近接した冷媒通
路開閉手段を閉じることにより冷媒を高圧側に回収して
、このとき本来液冷媒が貯溜されるべき部位の冷媒の状
態を気液判別手段で気体か液体か判別することにより、
外気温度が低い場合などの′Ｍ転条件にはかかわりなく
冷媒不足の状態のみを確実に検知可能となり、その判別
結果に基づいて冷媒不足警報を出力するなどの所定の処
理を行なえるので誤動作することがない。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図ないし第８図により説明
する。

第１図は本発明による冷房装置の一実施例を示す全体構
成図である。第１図において、１は圧縮器、２は凝縮器
、３は貯液器、５は膨脹弁（冷媒通路開閉手段兼用）、
５は蒸発器、６は電磁クラッチ、７はベルト、８はプー
リ、９はエンジン。

１０はステップモータ、１１．１２は温度センサ、１３
は気液判別センサ（気液判別手段）、１４はエアコンス
イッチ（冷媒景検出要求信号発生手段兼用）、１５は制
御装置（マイクロコンピュータ）である、第１図の冷房
装置の冷凍サイクルは圧縮機１と凝縮器２と貯液器３と
膨脹弁（冷媒通路開閉手段兼用）４と蒸発器５とそれら
を連結する配管とから成る。圧縮機１は電磁クラッチ６
とベルト７とプーリ８を介してエンジン９により駆動さ
れ、膨脹弁４はステップモータ１０により開度が変えら
れる。制御装置１５は蒸発器５の入口、出口の温度セン
サ１１，１２と貯液器３の出口冷媒の気液を判別する気
液判別センサ１３とエアコンスイッチ１４の出力を取り
込み、上記ステッピングモータ１０および電磁クラッチ
６を制御する。

第２図は第１図のステッピングモータ１０により駆動さ
れる膨脹弁４の構造を示す断面図である。

第２図において、各図面を通じて同一符号は同一または
相当部分を示すものとし、１６．１７はギア、１８はお
ねじ、１９はめねじ、２０は円錐弁。

２１はベローズである。第２図の制御装置１５により制
御されるケース内のステッピングモータ１０の回転によ
りギア１６．１７を介しておねじ１８を駆動し、このお
ねじ１８とかみ合っためねじ１９はおねじ１８の回転方
向に対応して上下する。これによりめねじ１９の下端に
取り付けられた円錐弁２０はめねじ１９と一体となって
いて。

めねじ１９の上下の動きに応じて弁開度が変わる。

なおケース内の冷媒通路とギア１６．１７を含む空間と
はベローズ２１によって仕切られる。

第３図は第１図の気液判別センサ１３とその周辺回路の
端成を示す回路図である。第３図において、２２．２３
は抵抗（白金抵抗線）、２４゜２５．２６は抵抗、２７
はフィードバック増幅器、２８はトランジスタ、３０は
制御￥４１ｉ￥１５内のマイクロコンピュータである。

第３図の気液判別センサ１３を構成する２つの抵抗２２
．２３は次式に示す同一の温度特性をもつ白金抵抗線で
ある。

Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（０）＋　（１＋αＴ）　　・・・（１）
ただしＲ（Ｔ）は温度Ｔ’Ｃ時の抵抗値、　Ｒ（０）温
度０’Ｃｖ１の抵抗値（１８，５Ω）、　αは温度係数
（０，００３８７）　　である、いま白金抵抗線２２の
温度ＴＨで抵抗値Ｒ（Ｔｏ）として白金抵抗線２３の温
度Ｔｃで抵抗値Ｒ（Ｔｃ）とすると、（１）式より次式
となる。

Ｒ（ＴＨ）　＝Ｒ（０）　　（１＋αＴ　ｓ　）　　　
・・・（２）Ｒ（Ｔｃ）　＝Ｒ（０）　　（１＋（ＥＴ
Ｃ）　　　−（３）そこで抵抗２４，２５，２６の抵抗
値をそれぞｔＬｒｚ番＃　ｒ　！３１　ｒ　２８として
次式のように決める。

ｒ２Ｆ＋＋　ｒｚｇ：＞Ｒ（Ｔｏ）、Ｒ（−ｒｃ）　　
（２００倍程度）・・・・・・（４） Ｒ（０）（１＋６０α）＋ｒｚ６ いま第３図のブリッジは次式が成り立つ点で安定する。

Ｒ（ＴＨ）Ｘ　ｒｚＩ！＝　（Ｒ（Ｔｃ）＋　ｒｚｇ）
　Ｘ　ｒ２４・・・（６） すなわち（６）式に（２）　、　（３）　、　（５）式
を代入すると、 ・・・・・・（７） １＋６５α　Ｒ（０）（１＋６０α）＋ｒｚｓ・・・・
・・（８） すなわち気液判別センサ１３を取り付けた位１πの冷媒
温度は通常６０℃程度であるから、抵抗２３の温度ＴＣ
”Ｆ６０℃となって（８）式の右辺は１となる。したが
って（８）式の左辺より抵抗２２の温度Ｔｏ＝６５℃と
なる。つまり抵抗２４の抵抗体ｒ２４を（５）式のよう
に決めれば、抵抗２２の温度Ｔｏが抵抗２３の温度Ｔｃ
（冷媒温度６０℃）より５℃高い温度（６５℃）に保た
れるようにフィードバック増幅器２７によってトランジ
スタ２８を介して電流が制御される。ここに抵抗２２の
温度Ｔ１１が抵抗２３の温度Ｔｃより５℃ＷＫ＜保たれ
ている時の抵抗値を目標抵抗値と呼んで、ブリッジの動
きを次に説明する。もし白金抵抗線２２の抵抗値Ｒ（Ｔ
Ｈ）が目標抵抗値以下になったとすると、 Ｒ（ＴＨ）／ｒｚａ＜　（Ｒ（Ｔｃ）＋ｒｚａ）／ｒｚ
ｓ・・・（９） となり、Ａ点電位はＢ点電位より低くなる。するとフィ
ードバック増幅器２７の出力電圧が高くなるため、トラ
ンジスタ２８がオンして０点を流れる電流が大きくなる
。そのため白金抵抗線２２゜２３を流れる電流Ｉ　ｘｘ
、　　Ｉ　ｔｓとも大きくなり、白金抵抗線２２が発熱
して抵抗値が大きくなるので目標抵抗値に近づく、なお
（４）式から電流Ｉ２３（！２２だから白金抵抗線２３
の発熱は無視できる。

逆に白金抵抗線２２の抵抗値Ｒ（Ｔｏ）が目標抵抗値以
下になったとすると、同様に動作する。ところで白金抵
抗線２２の温度Ｔ　＋＋は自体の発熱量Ｉｘｚ２Ｒ（Ｔ
Ｈ）と放熱量λＦ　（Ｔｏ　　Ｔｃ）のバランス点で安
定する６したがって、 Ｉ２２”Ｒ（ＴＨ）　＝λＦ　（Ｔｏ−Ｔｃ）　　　＝
・＜ＩＯ）・・・（１１） となる、ただしλは熱伝達率、Ｆは発熱抵抗体２２の表
面積である。（１］）式においてＲ（Ｔｏ　）は（１）
式かられかるように温度係数αが小さいために温度ＴＨ
が変化してもあまり変らないのに対して、熱伝達率λは
冷媒が液体の場合には気体の場合に比べて約１０倍の値
となるため、　（１＋）式より抵抗２２の電流Ｉｚｘは
熱伝達率λによってほぼ決まる。したがって抵抗２２に
流九る電流Ｉ２２によって気液判別センサ１３の置かれ
ている雰囲気の冷媒が液体か気体かを判別することがで
きる。

第４図は第１図（第３図）の気液判別センサ１３を貯液
器３の出口側に取り付けた状態を示す断面図である。第
４図において２９はサイトグラスである。第４図の気液
判別センサ１３は貯液器３内の出口側の冷媒を監視する
ためのサイトグラス２９の下部に取り付けられる。なお
気液判別センサ１３を上記位置に取り付けた場合には、
ｉ′Ｂの場合に液冷媒は貯液器３の底部から膨脹弁４ま
での配管の中にしか存在しないことになりうるが。

本実施例では冷媒封入酸を検知する主目的を圧縮機１の
焼付き防止として上記位置を選んでいる。

他の冷房能力の確保を目的とする場合やサイクル構成機
器の大きさが異なる場合などにはそれぞれの装置と目的
に合わせて気液判別センサ１３の取付は位置を選べばよ
い。

第５図は第１図の制御装置１５の構成を示す制御ブロッ
ク図である。第５図において、３１゜３２はＡ／Ｄ変換
部、３３．３４はマツプ変換部、目標過熱度ＳＨｏ設定
部、３６はＰＩ演算部、３７はＡ／Ｄ変換部、３８は膨
脹弁および圧縮機制御部、３９はステップモータ駆動回
路、４０は電磁クラッチ駆動回路である。第５図の制御
装置ｎ１５はマイクロコンピュータ（マイコンと略す）
３０を中心に成り立っている。マイコン３０は蒸発器５
の入口、出口側の２つの温度センサ１１゜１２と２つの
プルアップ抵抗Ｒｒｔ、　Ｒｔｚとでそれぞれ分圧され
た電圧を取り込み、Ａ／Ｄ変換部３１．３２でそれぞれ
ディジタル信号に変換する。

ついでマツプ変換部３３．３４によりそれぞれ蒸発器５
の入ロ温度ＴＥＩ、出口温度ＴＥＯに変換される。なお
マツプ変換部３３　（３４）のマツプは次の手順で求め
られる。まず温度センサ（サーミスタ）１１　（１２）
の特性は次式で与えられる。

・・・・・・（１２） ただり、Ｒ（Ｔ）はＴ’Ｃ時の抵抗値、Ｒ（０）は０℃
時の抵抗値、Ｂはセンサ固有の定数である。

ついで入力電圧は次式で与えられる。

Ｖａ　＝ＶＲ（Ｔ）　／　（Ｒｚｚ＋Ｒ（Ｔ）　）　・
・・（１３）ただしｖｄはマイコン３０への入力電圧、
■はｆｉｉＦＡｔｔ！圧、Ｒ１１はプルアップ抵抗値で
ある。つぎに（１２）、　（１３）式を連立させて温度
Ｔについて解くと次式かえられる。

ｎ　　　　（Ｖ−Ｖｄ）Ｒ（０）　　２７３・・・・・
・（１４） この（１４）式がマツプ変換部３３　（３４）のマツプ
を求める関係式である。ところで蒸発器５の入口では冷
媒の気相と液相が共存しているため、入口Ｈ，１度Ｔ　
Ｅ　ｌは蒸発器５の入口圧力における飽和温度である。

しかも蒸発器５の出入口の圧力差は小さいので、入口温
度Ｔｅ１が蒸発器５の出口圧力における飽和温度とほぼ
みなすことができ、したがって温度差（ＴＥａ−ＴＥＩ
）が蒸発器５の出口における冷媒の過熱度と考えてよい
、そこでマイコン３ｏでは目標過熱度設定部３５で設定
された目標過熱度ＳＨｏと上記冷媒過熱度（ＴＥＯ−Ｔ
Ｉｌ！ｔ）との差を演算し、その値に基づいてＰＩ演算
部３６で次の演算式により膨脹弁４の弁開度Ｘを演算す
る。

ただしΔ５Ｈ＝ＳＨｏ　−（ＴＥＯ−ＴＥＩ）、Ｋｐ　
。

ＴＩは定数である。またマイコン３０は上記気液判別セ
ンサ１３の出力を取り込んでＡ／Ｄ変換部３７でディジ
タル信号に変換するとともに、エアコンスイッチ（冷媒
量検出要求信号発生手段兼用）１４の出力を取り込む。

そして膨脹弁および圧縮機制御部３８は上記弁開度信号
Ｘと気液判別センサ１３の出力とエアコンスイッチ１４
の出力を取り込み、ステップモータ駆動回路３９および
電磁クラッチ駆動回路４０を介して膨脹弁４のステップ
モータ１０および圧縮機１の電磁クラッチ６をそれぞれ
制御する。

次に第６図は第１図（第５図）の制御装置１５（マイク
ロコンピュータ３０）の膨脹弁および圧縮機制御部３８
の制御フロー図である。第６図において、まずステップ
Ｓ１でエアコンスイッチ（冷媒量検出要求信号発生手段
兼用）１４がＯＮかどうかを確認し、ＯＦＦの場合には
ステップＳ２で前回にエアコンスイッチ１４がＯＮであ
ったかどうかを確認して、ずっとＯＦＦの場合にはその
ままエアコンスイッチ１４の監視のみを行なう。またエ
アコンスイッチ（冷媒量検出要求信号発生手段兼用）１
４が前回のＯＮからＯＦＦに切りかわった場合には、ス
テップＳ３で膨脹弁（冷媒通路開閉手段兼用）３が全弁
になるように全開パルスを出力してステップモータ１０
を駆動し、ステップＳ４で膨脹弁３が全開になったかど
うかを確認して、ステップＳ５で全開になってから所定
時間（１０秒程度）経過した後に、ステップＳ６で気液
判別手段１３の出力により冷媒が液体か気体かを判別す
る。そして気体と判別された場合にはステップＳ７で冷
媒不足時の所定の処理を行なう処理手段として以後の電
磁クラッチ駆動回路４０から電磁クラッチ６を介して圧
縮機１のＯＮを禁止し、また液体と判別された場合には
、ステップＳ８で圧縮機１のＯＦＦしたまま以後はエア
コンスイッチ１４の監視を行なう。一方ステップＳ１で
エアコンスイッチ１４がＯＮの場合には、ステップＳ９
で圧縮機１のＯＮが禁止されているかどうかを判所した
のち、禁止されていない場合にのみステップＳ１０で電
磁クラッチ駆動回路４０を介し電磁クラッチ６を制御し
て圧縮機１をＯＮして、ステップＳｌｌで温度センサ１
１゜１２の出力に基づ＜ＰＩ演算部３６の弁開度信号Ｘ
によりステップモータ駆動回路３９を介してステップモ
ータ１０を制御して膨脹弁４の過熱度ＳＨ副制御行なう
。

第７図は第１図（第５図）の制御装置１５（マイクロコ
ンピュータ３０）の過熱度ＳＨ制制御フロ同図ある。第
７図において、まずステップＳ１２で蒸発器５の入口、
出口に取り付けられた温度センサ（サーミスタ）１１．
１２の出力をＡ／Ｄ変換部３１．３２によりＡ／Ｄ変換
して、ステップ１３でマツプ変換部３３．３４により入
ロ温度ＴＩ！ｔ＋出ロ温度ＴＩｌ！ｏに変換したのち、
ステップＳ１４で蒸発器５出口の目標過熱度設定器３５
による目標過熱度ＳＨｏと冷媒過熱度（ＴＥ、−ＴＥＩ
）との差ΔＳ　Ｈ＝　Ｓ　Ｈｏ　−（ＴＥＯ−置）を演
算し、その値に基づいてステップＳ１５でＰＩ演算部３
６により上記（１５）式を用いて膨脹弁４の弁開度Ｘｎ
　を求める。ついでステップＳ１６で今回の演算結果の
弁開度Ｘｎ　と前回の演算結果の弁開度Ｘｎ−１との差
ΔＸ　＝　Ｘ　ｎ　　Ｘゎ−１を求め、ステップＳ１７
で膨脹弁および圧縮機制御部３８によりその差ΔＸだけ
パルスを出力してステップモータ駆動回路３９を介し膨
脹弁４のステップモータ１０を制御する。

上記実施例によれば、ステップモータ１０によって駆動
される膨脹弁３が冷媒通路開閉手段も兼ねているので１
部品点数が少なくて制御も容易である。これにより冷媒
通路開閉手段を開閉制御するための外部信号および冷媒
はの検出を要求する冷媒量検出要求信号発生手段の信号
としてエアコンスイッチ１４の出力を用いて、冷凍サイ
クルのＯＦＦ時に冷媒回収を行ない冷媒量を確実に検知
できる。なお上記実施例では気液判別手段とじて発熱抵
抗体（白金抵抗線）２２．２３による気液判別センサ１
３を用いたが、静電容量の変化を検知するセンサや光の
散乱または透過率を検知するセンサなどでもよい、また
冷媒不足の場合に所定の処理を行なう処理手段として、
圧縮機１を停止してそれ以後の圧縮機１のＯＮを禁止す
る処理を行なっているが、外部に表示素子を設けて表示
したり外部に音によって知らせるなどの電報を出力する
処理を行なってもよい。

第８図は本発明による冷房装置の他の実施例を示す全体
構成図である。第８図において、４１はＷ１磁弁（冷媒
通路開閉手段）、４２は感温筒、４３は均圧管、４４は
温度式膨脹弁である。第１図が膨脹弁と冷媒通路開閉手
段との機能をステップモータ１０により駆動される１個
の膨脹弁４で実現していたのに対して、第８図は温度式
Ｄ）５弁４４を使用するさいの冷媒通路開閉手段として
例えば電磁弁４１を使用している。なお第１図では温度
式膨脹弁４４とともに感温筒４２と均圧管４３を設けて
おり、電磁弁４１は膨脹弁４４の下流側に配置している
。電磁弁４１は膨脹弁４４の上流側に配置してもよく、
あるいは冷媒通路開閉手段は膨脹弁に内蔵する構造であ
ってもよい。また膨脹弁兼用または別個の冷媒通路開閉
手段を開閉制御する外部信号および冷媒量の検出を要求
する冷媒量検出要求信号発生手段の信号としてエアコン
スイッチ１４の出力を使用しているが、別設の手段の信
号を用いるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冷媒回収を行なった後に冷媒封入量の
チェックを行なうので、冷房装置の運転条件にかかわり
なく確実に冷媒不足を検知して所要の処理を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷房装置の一実施例を示す全体構
成図、第２図は第１図の膨脹弁の構造断面図、第３図は
第１図の気液判別センサの回路図、第・１図は第１図の
気液判別センサの取付は断面図、第５図は第１図の制御
回路の制御ブロック図、第６図は第１図の膨脹弁および
圧縮機制御フロー図。 第７図は第１図（第６回）の過熱度制御フロー図、第８
図は本発明による冷房装置の他の実施例を示す全体構成
図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・ＩＩ？液器
、４・・・膨脹弁（冷媒通路開閉手段兼用）、５・・・
蒸発器、６・・・電磁クラッチ、７・・・ベルト、８・
・・プーリ、９・・・エンジン、１０・・・ステップモ
ータ、１１．１２・・・温度センサ、１３・・・気液判
別センサ（気液判別手段）、１４・・・エアコンスイッ
チ（冷媒量検出要求信号発生手段兼用）、１５・・・制
御装置、４１・・・電磁弁（冷媒通路開閉手段）、４２
・・・感温筒、４３・・・均圧管、４４・・・温度式膨
脹弁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．　圧縮機と、凝縮器と、膨脹弁と、蒸発器と、それ
   らを連結する配管とからなる冷房装置において、上記凝
   縮器の下流でかつ上記蒸発器の上流に配設され外部信号
   により冷媒通路を開閉制御可能な冷媒通路開閉手段と、
   上記凝縮器の下流でかつ上記冷風通路開閉手段の上流の
   所定位置に配設され該位置における冷媒の状態が気体か
   液体かを判別する気液判別手段と、冷媒量の検出を要求
   する信号を発生する冷媒量検出要求信号発生手段と、冷
   媒不足時に所定の処理を行なう処理手段と、上記冷媒量
   検出要求信号発生手段からの信号により上記冷媒通路開
   閉手段を閉じて冷媒回収を行ない所定時間後に上記気液
   判別手段の出力を取り込んで該出力が気体を意味する場
   合には上記処理手段により冷媒不足時の所定の処理を行
   なわしめる制御手段とを備えたことを特徴とする冷房装
   置。
2. ２．　上記膨脹弁は外部信号により制御可能で上記冷媒
   通路開閉手段を兼ねることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の冷房装置。
3. ３．　上記処理手段は上記圧縮機を停止する処理を行な
   う手段とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   冷房装置。
4. ４．　上記処理手段は上記圧縮機を停止しかつそれ以後
   の圧縮機の動作を禁止する処理を行なう手段とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の冷房装置。
5. ５．　上記処理手段は冷媒不足の警報を出力する処理を
   行なう手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の冷房装置。