JP2002144860A - 車両用空気調和装置 - Google Patents
車両用空気調和装置Info
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/17—Control issues by controlling the pressure of the condenser
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧縮効率を向上させることができる空気調和
装置を提供すること。 【解決手段】 配管により直列連結された圧縮機１、ガ
スクーラ（放熱器）２およびエバポレータ（蒸発器）４
を備え、エバポレータ４に流入する冷媒の圧力を調整す
る圧力制御弁３が設けられた車両用空気調和装置におい
て、ガスクーラの出口側冷媒温度を検出する温度センサ
（温度検出手段）１１と、該温度センサ１１の出力に基
づいて前記圧縮機１の圧縮成績が最大となる冷媒の圧力
設定値を算出するとともに、冷媒圧力が前記圧力設定値
となるように前記圧力制御弁３を制御する制御装置２０
とを備えていることを特徴とする。
装置を提供すること。 【解決手段】 配管により直列連結された圧縮機１、ガ
スクーラ（放熱器）２およびエバポレータ（蒸発器）４
を備え、エバポレータ４に流入する冷媒の圧力を調整す
る圧力制御弁３が設けられた車両用空気調和装置におい
て、ガスクーラの出口側冷媒温度を検出する温度センサ
（温度検出手段）１１と、該温度センサ１１の出力に基
づいて前記圧縮機１の圧縮成績が最大となる冷媒の圧力
設定値を算出するとともに、冷媒圧力が前記圧力設定値
となるように前記圧力制御弁３を制御する制御装置２０
とを備えていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、閉回路において、
高サイドにおいては超臨界条件下で作動される冷媒（特
にＣＯ2 冷媒）を利用する車両用空気調和装置に関す
る。
高サイドにおいては超臨界条件下で作動される冷媒（特
にＣＯ2 冷媒）を利用する車両用空気調和装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境の保全に対する関心が高
まっているが、車両用空調装置の冷媒として従来用いら
れているＲ１３４ａといった代替フロンは、地球温暖化
に対して影響を与えることが懸念されている。このた
め、このような代替フロン冷媒等に代わる物質として、
元来自然界に存在する物質、いわゆる自然冷媒を用いた
車両用空調装置の研究が行われている。このような自然
冷媒の候補として、二酸化炭素（ＣＯ2 ）が注目されて
いる。このＣＯ2 は、地球温暖化に対する寄与が代替フ
ロンよりもはるかに小さいだけでなく、可燃性がないう
え、基本的には人体に無害である。
まっているが、車両用空調装置の冷媒として従来用いら
れているＲ１３４ａといった代替フロンは、地球温暖化
に対して影響を与えることが懸念されている。このた
め、このような代替フロン冷媒等に代わる物質として、
元来自然界に存在する物質、いわゆる自然冷媒を用いた
車両用空調装置の研究が行われている。このような自然
冷媒の候補として、二酸化炭素（ＣＯ2 ）が注目されて
いる。このＣＯ2 は、地球温暖化に対する寄与が代替フ
ロンよりもはるかに小さいだけでなく、可燃性がないう
え、基本的には人体に無害である。
【０００３】このような背景から、二酸化炭素を使用し
た蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ2 冷凍サイクル
と略す）が提案されており、このサイクルについて図５
を用いて説明する。ＣＯ2 冷凍サイクルの作動は、ま
ず、図５（ＣＯ2 モリエル線図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ
で示されるように、圧縮機で気相状態のＣＯ2 を圧縮し
（Ａ−Ｂ）、この高温圧縮の気相状態のＣＯ2 を放熱器
（ガスクーラ）にて冷却する（Ｂ−Ｃ）。そして、減圧
器（絞り装置）により減圧して（Ｃ−Ｄ）、気液相状態
となったＣＯ2 を冷却器（エバポレータ）で蒸発させて
（Ｄ−Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外
部流体を冷却する。
た蒸気圧縮式冷凍サイクル（以下、ＣＯ2 冷凍サイクル
と略す）が提案されており、このサイクルについて図５
を用いて説明する。ＣＯ2 冷凍サイクルの作動は、ま
ず、図５（ＣＯ2 モリエル線図）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ
で示されるように、圧縮機で気相状態のＣＯ2 を圧縮し
（Ａ−Ｂ）、この高温圧縮の気相状態のＣＯ2 を放熱器
（ガスクーラ）にて冷却する（Ｂ−Ｃ）。そして、減圧
器（絞り装置）により減圧して（Ｃ−Ｄ）、気液相状態
となったＣＯ2 を冷却器（エバポレータ）で蒸発させて
（Ｄ−Ａ）、蒸発潜熱を空気等の外部流体から奪って外
部流体を冷却する。
【０００４】しかしながら、ＣＯ2 の臨界温度は約３１
℃と従来の冷媒であるフロンの臨界温度と比べて低いの
で、夏場等外気温の高いときには、放熱器側でのＣＯ2
の温度がＣＯ2 の臨界点温度よりも高くなってしまう。
つまり、放熱器出口側においてＣＯ2 は凝縮しない（線
分ＢＣが飽和液線ＳＬと交差しない）。また、放熱器出
口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力と放熱器出口
側でのＣＯ2 温度によって決定され、放熱器出口側での
ＣＯ2 温度は放熱器の放熱能力と外気温度（制御不可）
とによって決定するので、放熱器出口での温度は、実質
的には制御することができない。従って、放熱器出口側
（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力（放熱器出口側圧
力）を制御することによって制御可能となる。つまり、
夏場等外気温の高いときには、十分な冷却能力（エンタ
ルピ差）を確保するためには、モリエル線図にＥ−Ｆ−
Ｇ−Ｈ−Ｅで示されるように、放熱器出口側圧力を高く
する必要がある。そのために、圧縮機の運転圧力は、従
来のフロンを用いた冷凍サイクルに比べて高くする必要
がある。
℃と従来の冷媒であるフロンの臨界温度と比べて低いの
で、夏場等外気温の高いときには、放熱器側でのＣＯ2
の温度がＣＯ2 の臨界点温度よりも高くなってしまう。
つまり、放熱器出口側においてＣＯ2 は凝縮しない（線
分ＢＣが飽和液線ＳＬと交差しない）。また、放熱器出
口側（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力と放熱器出口
側でのＣＯ2 温度によって決定され、放熱器出口側での
ＣＯ2 温度は放熱器の放熱能力と外気温度（制御不可）
とによって決定するので、放熱器出口での温度は、実質
的には制御することができない。従って、放熱器出口側
（Ｃ点）の状態は、圧縮機の吐出圧力（放熱器出口側圧
力）を制御することによって制御可能となる。つまり、
夏場等外気温の高いときには、十分な冷却能力（エンタ
ルピ差）を確保するためには、モリエル線図にＥ−Ｆ−
Ｇ−Ｈ−Ｅで示されるように、放熱器出口側圧力を高く
する必要がある。そのために、圧縮機の運転圧力は、従
来のフロンを用いた冷凍サイクルに比べて高くする必要
がある。
【０００５】車両用空調装置を例にすると、前記圧縮機
の運転圧力は、従来のＲ１３４（フロン）では３ｋｇ／
ｃｍ2 程度であるのに対して、ＣＯ2 では４０ｋｇ／ｃ
ｍ2程度と高くなり、また、運転停止圧力は、Ｒ１３４
（フロン）では１５ｋｇ／ｃｍ2 程度であるのに対し
て、ＣＯ2 では１００ｋｇ／ｃｍ2 程度と高くなる。
の運転圧力は、従来のＲ１３４（フロン）では３ｋｇ／
ｃｍ2 程度であるのに対して、ＣＯ2 では４０ｋｇ／ｃ
ｍ2程度と高くなり、また、運転停止圧力は、Ｒ１３４
（フロン）では１５ｋｇ／ｃｍ2 程度であるのに対し
て、ＣＯ2 では１００ｋｇ／ｃｍ2 程度と高くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ここで、圧縮機１の圧
縮成績ＣＯＰは、ＣＯＰ＝ΔＩ／ΔＬで求めることがで
きる。上記のように冷凍能力を増加させるためには、ガ
スクーラの出口側圧力を高くしてＣＯＰを増加させる必
要がある。しかし、ガスクーラの出口側圧力を高くする
と圧縮機の吐出圧力が高くなるため、圧縮仕事ΔＬが増
加する。したがって、ΔＩの増加量より圧縮仕事ΔＬの
増加量が大きい場合には、ＣＯ2 サイクルの成績係数Ｃ
ＯＰが悪化する。図４に、ガスクーラ２の出口側圧力と
ＣＯＰとの関係を示した。図からわかるように、ただ単
に圧力を上げればよいのではなく、ＣＯＰがピークとな
る所定圧力で運転させる必要があることがわかる。しか
しながら、このＣＯＰのピークはガスクーラの出口温度
が高くなるほど高圧側に移動するため、温度の変動によ
りＣＯＰのピークと冷媒圧力とがずれてしまい、圧縮効
率が低下するという問題があった。
縮成績ＣＯＰは、ＣＯＰ＝ΔＩ／ΔＬで求めることがで
きる。上記のように冷凍能力を増加させるためには、ガ
スクーラの出口側圧力を高くしてＣＯＰを増加させる必
要がある。しかし、ガスクーラの出口側圧力を高くする
と圧縮機の吐出圧力が高くなるため、圧縮仕事ΔＬが増
加する。したがって、ΔＩの増加量より圧縮仕事ΔＬの
増加量が大きい場合には、ＣＯ2 サイクルの成績係数Ｃ
ＯＰが悪化する。図４に、ガスクーラ２の出口側圧力と
ＣＯＰとの関係を示した。図からわかるように、ただ単
に圧力を上げればよいのではなく、ＣＯＰがピークとな
る所定圧力で運転させる必要があることがわかる。しか
しながら、このＣＯＰのピークはガスクーラの出口温度
が高くなるほど高圧側に移動するため、温度の変動によ
りＣＯＰのピークと冷媒圧力とがずれてしまい、圧縮効
率が低下するという問題があった。
【０００７】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、圧縮効率を向上させることができる車両用空気調
和装置を提供することにある。
ので、圧縮効率を向上させることができる車両用空気調
和装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、配管により直列連結された圧縮機、放熱器および蒸
発器を備え、前記蒸発器に流入する冷媒の圧力を調整す
る圧力制御弁が設けられた車両用空気調和装置におい
て、放熱器の出口側冷媒温度を検出する温度検出手段
と、該温度検出手段の出力に基づいて前記圧縮機の圧縮
成績が最大となる冷媒の圧力設定値を算出するととも
に、冷媒圧力が前記圧力設定値となるように前記圧力制
御弁を制御する制御装置とを備えていることを特徴とす
る。
は、配管により直列連結された圧縮機、放熱器および蒸
発器を備え、前記蒸発器に流入する冷媒の圧力を調整す
る圧力制御弁が設けられた車両用空気調和装置におい
て、放熱器の出口側冷媒温度を検出する温度検出手段
と、該温度検出手段の出力に基づいて前記圧縮機の圧縮
成績が最大となる冷媒の圧力設定値を算出するととも
に、冷媒圧力が前記圧力設定値となるように前記圧力制
御弁を制御する制御装置とを備えていることを特徴とす
る。
【０００９】この車両用空気調和装置においては、温度
検出手段により冷媒の温度を検出するため、確実に圧縮
成績最大（ＣＯＰのピーク）における運転を実現するこ
とができる。
検出手段により冷媒の温度を検出するため、確実に圧縮
成績最大（ＣＯＰのピーク）における運転を実現するこ
とができる。
【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の車両用空気調和装置において、前記制御装置は、一定
時間毎に、前記温度検出手段の検出出力に基づいて前記
圧力設定値を算出することを特徴とする。
の車両用空気調和装置において、前記制御装置は、一定
時間毎に、前記温度検出手段の検出出力に基づいて前記
圧力設定値を算出することを特徴とする。
【００１１】放熱器の出口側冷媒温度は逐次変化するた
め、このように一定時間毎に温度を検出し、逐次圧力設
定値を算出することで、常にＣＯＰピークにおける運転
を行うことができる。
め、このように一定時間毎に温度を検出し、逐次圧力設
定値を算出することで、常にＣＯＰピークにおける運転
を行うことができる。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の車両用空気調和装置において、前記制御装置
は、前記放熱器の出口温度の積算平均値を算出し、該積
算平均値に基づいて、前記圧力制御弁を制御することを
特徴とする。
２に記載の車両用空気調和装置において、前記制御装置
は、前記放熱器の出口温度の積算平均値を算出し、該積
算平均値に基づいて、前記圧力制御弁を制御することを
特徴とする。
【００１３】この車両用空気調和装置では、温度変化の
乱れが平均化されるため、圧力制御弁を安定して制御す
ることができる。
乱れが平均化されるため、圧力制御弁を安定して制御す
ることができる。
【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
のいずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記
圧力制御弁により調節された冷媒の実圧力を検出する圧
力検出手段を備え、前記制御装置は、前記実圧力と前記
圧力設定値との差に基づいて、前記圧力制御弁を制御す
ることを特徴とする。
のいずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記
圧力制御弁により調節された冷媒の実圧力を検出する圧
力検出手段を備え、前記制御装置は、前記実圧力と前記
圧力設定値との差に基づいて、前記圧力制御弁を制御す
ることを特徴とする。
【００１５】この車両用空気調和装置では、実際の冷媒
圧力が制御装置にフィードバック入力されるため、圧力
制御の正確性を向上させることができる。
圧力が制御装置にフィードバック入力されるため、圧力
制御の正確性を向上させることができる。
【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１から４
いずれかに記載の車両用空気調和装置において、フィー
ドバック制御として、前記実圧力と前記圧力設定値との
差に基づいて算出される前記圧力制御弁の弁開度の増減
量と、フィードフォワード制御として、前記圧縮機の回
転数の増減に基づいて冷媒圧力の増減を予測し、この予
測値に基づいて算出される前記圧力制御弁の弁開度の増
減量とのうち、少なくともいずれか一方によって、前記
圧力制御弁を制御するように構成されていることを特徴
とする。
いずれかに記載の車両用空気調和装置において、フィー
ドバック制御として、前記実圧力と前記圧力設定値との
差に基づいて算出される前記圧力制御弁の弁開度の増減
量と、フィードフォワード制御として、前記圧縮機の回
転数の増減に基づいて冷媒圧力の増減を予測し、この予
測値に基づいて算出される前記圧力制御弁の弁開度の増
減量とのうち、少なくともいずれか一方によって、前記
圧力制御弁を制御するように構成されていることを特徴
とする。
【００１７】この車両用空気調和装置においては、例え
ば通常はフィードバック制御により求められた増減量に
基づいて圧力制御弁を制御し、圧縮機回転数が急増・急
減した場合にはフィードフォワード制御により求められ
た増減量に基づいて圧力制御弁を制御することにより、
装置の保護などを行うことができる。フィードフォワー
ド制御は、具体的には、制御装置が圧縮機回転数の急増
・急減を検知し、その増減量から放熱器の出口側冷媒圧
力（ＨＰ）上昇・低下を予測する。そして、このＨＰ予
測値に対応して圧力制御弁の弁開度増減量を算出するよ
うにすることができる。なお、圧縮機回転数が急増した
ことは、直接圧縮機（エンジン）回転数を監視しておく
ことにより検出してもよいし、車速を監視しておくこと
で間接的に検出してもよい。さらには、これらを組み合
わせてもよい。また、フィードバック制御による増減量
とフィードフォワード制御による増減量とは、上記の例
に限らず、状況に応じて適宜選択・組み合わせて使用す
ることができる。
ば通常はフィードバック制御により求められた増減量に
基づいて圧力制御弁を制御し、圧縮機回転数が急増・急
減した場合にはフィードフォワード制御により求められ
た増減量に基づいて圧力制御弁を制御することにより、
装置の保護などを行うことができる。フィードフォワー
ド制御は、具体的には、制御装置が圧縮機回転数の急増
・急減を検知し、その増減量から放熱器の出口側冷媒圧
力（ＨＰ）上昇・低下を予測する。そして、このＨＰ予
測値に対応して圧力制御弁の弁開度増減量を算出するよ
うにすることができる。なお、圧縮機回転数が急増した
ことは、直接圧縮機（エンジン）回転数を監視しておく
ことにより検出してもよいし、車速を監視しておくこと
で間接的に検出してもよい。さらには、これらを組み合
わせてもよい。また、フィードバック制御による増減量
とフィードフォワード制御による増減量とは、上記の例
に限らず、状況に応じて適宜選択・組み合わせて使用す
ることができる。
【００１８】請求項６に記載の発明は、請求項１から５
のいずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記
制御装置は、前記圧縮機の回転数が急変した場合に、前
記放熱器の出口側冷媒温度によらずに前記圧力制御弁を
制御するように構成されていることを特徴とする。
のいずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記
制御装置は、前記圧縮機の回転数が急変した場合に、前
記放熱器の出口側冷媒温度によらずに前記圧力制御弁を
制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】圧縮機回転数が急増すると、ＨＰも急激に
上昇する。ＨＰが所定値以上になると空調装置が停止し
たり、場合によってはリリーフ弁からガスを大気に逃が
す等の保護が働くため、ＨＰの急増は好ましくない。本
発明においては、出口側冷媒温度によらず、予め圧力制
御弁の開度を変えることにより、ＨＰが所定以上となる
ことを防止する。
上昇する。ＨＰが所定値以上になると空調装置が停止し
たり、場合によってはリリーフ弁からガスを大気に逃が
す等の保護が働くため、ＨＰの急増は好ましくない。本
発明においては、出口側冷媒温度によらず、予め圧力制
御弁の開度を変えることにより、ＨＰが所定以上となる
ことを防止する。
【００２０】請求項７に記載の発明は、請求項１から６
のいずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記
制御装置は、放熱器の出口温度に加えて、車速または圧
縮機の回転速度に基づいて前記圧力設定値を算出するこ
とを特徴とする。
のいずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記
制御装置は、放熱器の出口温度に加えて、車速または圧
縮機の回転速度に基づいて前記圧力設定値を算出するこ
とを特徴とする。
【００２１】この車両用空気調和装置においては、冷媒
温度だけでなく、車速（車輌速度）に基づき、より正確
に冷媒圧力を制御することができる。
温度だけでなく、車速（車輌速度）に基づき、より正確
に冷媒圧力を制御することができる。
【００２２】請求項８に記載の発明は、請求項１から７
いずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記制
御装置は、空気調和装置の起動時または車輌のクラッチ
オン時から一定時間経過後に前記制御を開始するように
構成されていることを特徴とする。
いずれかに記載の車両用空気調和装置において、前記制
御装置は、空気調和装置の起動時または車輌のクラッチ
オン時から一定時間経過後に前記制御を開始するように
構成されていることを特徴とする。
【００２３】この車両用空気調和装置では、起動時、ク
ラッチオン時など、過渡的な場合には別途の制御を行
い、一定時間経過後に、上記請求項１から６のいずれか
の制御を開始する。
ラッチオン時など、過渡的な場合には別途の制御を行
い、一定時間経過後に、上記請求項１から６のいずれか
の制御を開始する。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超臨界蒸気圧
縮サイクルの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す超臨界蒸気圧縮サイクルは、車両用空調装置
に適用されるＣＯ2 冷凍サイクルであり、図中の符号１
は気相状態のＣＯ2 を圧縮する圧縮機である。圧縮機１
は、図示しない駆動源（たとえば内燃機関エンジン等）
から駆動力を得て駆動する。符号２は圧縮機１で圧縮さ
れたＣＯ2 を外気等との間で熱交換して冷却するガスク
ーラ（放熱器）であり、符号３はガスクーラ２出口側の
配管に設けられた圧力制御弁である。この圧力制御弁３
は、ガスクーラ２出口側に設けられた温度センサ１１に
より検知されたＣＯ2 温度（冷媒温度）に応じて制御装
置２０によって制御されることで、ガスクーラ２の出口
側冷媒圧力（以下、ＨＰと呼ぶ。）を調節するようにな
っている。なお、圧力制御弁３は高圧力を制御するとと
もに減圧器を兼ねたものであり、ＣＯ2 冷媒は、この圧
力制御弁３により減圧されて低温低圧の気液２相状態の
ＣＯ2 となる。
縮サイクルの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す超臨界蒸気圧縮サイクルは、車両用空調装置
に適用されるＣＯ2 冷凍サイクルであり、図中の符号１
は気相状態のＣＯ2 を圧縮する圧縮機である。圧縮機１
は、図示しない駆動源（たとえば内燃機関エンジン等）
から駆動力を得て駆動する。符号２は圧縮機１で圧縮さ
れたＣＯ2 を外気等との間で熱交換して冷却するガスク
ーラ（放熱器）であり、符号３はガスクーラ２出口側の
配管に設けられた圧力制御弁である。この圧力制御弁３
は、ガスクーラ２出口側に設けられた温度センサ１１に
より検知されたＣＯ2 温度（冷媒温度）に応じて制御装
置２０によって制御されることで、ガスクーラ２の出口
側冷媒圧力（以下、ＨＰと呼ぶ。）を調節するようにな
っている。なお、圧力制御弁３は高圧力を制御するとと
もに減圧器を兼ねたものであり、ＣＯ2 冷媒は、この圧
力制御弁３により減圧されて低温低圧の気液２相状態の
ＣＯ2 となる。
【００２５】図中の符号４は、車室内の空気冷却手段
（冷却器）として機能するエバポレータ（蒸発器）で、
気液２相状態のＣＯ2 はエバポレータ４内で気化（蒸
発）する際に、車室内空気から蒸発潜熱を奪って車室内
空気を冷却する。また、符号８は圧縮機１から吐出され
た冷媒ガスよりミスト状の潤滑油を捕集するオイルセパ
レータであり、捕集された潤滑油は油戻し管９を通って
圧縮機１内に戻される。なお、油戻し管９により捕集し
た潤滑油を戻すのは、圧縮機１内又は圧縮機１の吸入管
となる。そして、圧縮機１、ガスクーラ２、圧力制御弁
３およびエバポレータ４は、それぞれが配管６によって
接続されて、閉回路（ＣＯ2 冷凍サイクル）を形成して
いる。
（冷却器）として機能するエバポレータ（蒸発器）で、
気液２相状態のＣＯ2 はエバポレータ４内で気化（蒸
発）する際に、車室内空気から蒸発潜熱を奪って車室内
空気を冷却する。また、符号８は圧縮機１から吐出され
た冷媒ガスよりミスト状の潤滑油を捕集するオイルセパ
レータであり、捕集された潤滑油は油戻し管９を通って
圧縮機１内に戻される。なお、油戻し管９により捕集し
た潤滑油を戻すのは、圧縮機１内又は圧縮機１の吸入管
となる。そして、圧縮機１、ガスクーラ２、圧力制御弁
３およびエバポレータ４は、それぞれが配管６によって
接続されて、閉回路（ＣＯ2 冷凍サイクル）を形成して
いる。
【００２６】次に、制御装置２０について詳細に説明す
る。図２に示した制御装置２０において、符号２１は、
温度センサ１１の出力および車速が入力され、ＣＯＰが
最大となるＨＰ設定値（圧力設定値）を算出する算出器
である。符号２２は、ＨＰ設定値と、実際のガスクーラ
出口圧力（実圧力）との差に基づいて圧力制御弁３の弁
開度の増減量を求めて圧力制御弁３を制御するコントロ
ーラである。そして、符号２３は、ガスクーラ出口圧力
値を検出する圧力検出器（圧力検出手段）であり、この
圧力検出器２３の出力がフィードバックされてＨＰ設定
値との間で差が求められて前記コントローラ２２に入力
されるようになっている。また、コントローラ２２には
フィードフォワード制御を行うために車速およびエンジ
ン回転数が入力されるようになっている。
る。図２に示した制御装置２０において、符号２１は、
温度センサ１１の出力および車速が入力され、ＣＯＰが
最大となるＨＰ設定値（圧力設定値）を算出する算出器
である。符号２２は、ＨＰ設定値と、実際のガスクーラ
出口圧力（実圧力）との差に基づいて圧力制御弁３の弁
開度の増減量を求めて圧力制御弁３を制御するコントロ
ーラである。そして、符号２３は、ガスクーラ出口圧力
値を検出する圧力検出器（圧力検出手段）であり、この
圧力検出器２３の出力がフィードバックされてＨＰ設定
値との間で差が求められて前記コントローラ２２に入力
されるようになっている。また、コントローラ２２には
フィードフォワード制御を行うために車速およびエンジ
ン回転数が入力されるようになっている。
【００２７】コントローラ２２は、前記実圧力と前記Ｈ
Ｐ設定値との差に基づいたフィードバック制御と、車速
の増減に基づいたフィードフォワード制御とを行うこと
ができるようになっている。フィードバック制御時に
は、上記のように実圧力とＨＰ設定値との差から圧力制
御弁３の弁開度の増減量を算出する。フィードフォワー
ド制御時には、圧縮機１の回転数増減量から、ＨＰの増
減を予め予測する。そして、この予測に基づき、ＨＰが
所定値以上（以下）とならないような圧力制御弁３の弁
開度の増減量を算出する。通常はフィードバック制御を
行っているが、車速の急増減時にはフィードフォワード
制御を行うようになっている。
Ｐ設定値との差に基づいたフィードバック制御と、車速
の増減に基づいたフィードフォワード制御とを行うこと
ができるようになっている。フィードバック制御時に
は、上記のように実圧力とＨＰ設定値との差から圧力制
御弁３の弁開度の増減量を算出する。フィードフォワー
ド制御時には、圧縮機１の回転数増減量から、ＨＰの増
減を予め予測する。そして、この予測に基づき、ＨＰが
所定値以上（以下）とならないような圧力制御弁３の弁
開度の増減量を算出する。通常はフィードバック制御を
行っているが、車速の急増減時にはフィードフォワード
制御を行うようになっている。
【００２８】次に、上記制御装置の具体的動作について
説明する。算出器２１は、一定時間毎にガスクーラ出口
温度を検出しており、さらに、その積算平均値を求めて
いる。算出器２１は、図３に示すＨＰとガスクーラ出口
温度を関係づけるデータを記憶している。図３の一つの
曲線は、図４に示したＣＯＰ−ＨＰの対応を示すグラフ
において、ＣＯＰが最大となるＨＰの値と、ガスクーラ
２の出口温度との関係を示している。そして、複数の車
速に対応し、複数の上記データ（曲線）を記憶してい
る。
説明する。算出器２１は、一定時間毎にガスクーラ出口
温度を検出しており、さらに、その積算平均値を求めて
いる。算出器２１は、図３に示すＨＰとガスクーラ出口
温度を関係づけるデータを記憶している。図３の一つの
曲線は、図４に示したＣＯＰ−ＨＰの対応を示すグラフ
において、ＣＯＰが最大となるＨＰの値と、ガスクーラ
２の出口温度との関係を示している。そして、複数の車
速に対応し、複数の上記データ（曲線）を記憶してい
る。
【００２９】このデータを用い、ガスクーラ２の出口温
度の積算平均値及び車速から、ＨＰ設定値を求める。す
なわち、車速がＢの場合、ガスクーラ２の出口温度の積
算平均値がＴａのときは、ＨＰ設定値はＰａとなり、積
算平均値がＴｂのときは、ＨＰ設定値はＰｂとなる。車
速に応じて、車速Ａ、Ｃに対応する曲線を用いる。例え
ば、車速Ａのときは出口温度Ｔａに対応するＨＰ設定値
はＰａ’となる。コントローラ２２では、ＨＰ設定値
と、実際のＨＰの値（実圧力）との差に基づいて弁開度
の増減量を算出し、実圧力がＨＰ設定値となるように圧
力制御弁３を開閉制御する。
度の積算平均値及び車速から、ＨＰ設定値を求める。す
なわち、車速がＢの場合、ガスクーラ２の出口温度の積
算平均値がＴａのときは、ＨＰ設定値はＰａとなり、積
算平均値がＴｂのときは、ＨＰ設定値はＰｂとなる。車
速に応じて、車速Ａ、Ｃに対応する曲線を用いる。例え
ば、車速Ａのときは出口温度Ｔａに対応するＨＰ設定値
はＰａ’となる。コントローラ２２では、ＨＰ設定値
と、実際のＨＰの値（実圧力）との差に基づいて弁開度
の増減量を算出し、実圧力がＨＰ設定値となるように圧
力制御弁３を開閉制御する。
【００３０】車速が急変した場合はフィードフォワード
制御を行う。具体的には、急加速・キックダウンなどに
より車速が急変した場合、コントローラ２２がエンジン
回転数の増減をすぐに検知し、圧縮機回転数が急増して
いないか確認する。圧縮機回転数が所定の増加分以上に
急変した場合、フィードフォワード制御を行う。すなわ
ち、前記圧縮機回転数の増加分からＨＰの変化量を予測
し、この予測値に対応した予め設定された弁開度となる
ように、弁開度の増減量を算出する。そして圧力制御弁
３を制御してＨＰが所定量以上に上昇（下降）しないよ
うにする。なお、空気調和装置のシステム起動時、クラ
ッチオン時などの過渡的な状態においては、上記制御の
代わりに別途の起動制御を一定時間行い、その後、運転
が安定した後に上記制御に切り替える。
制御を行う。具体的には、急加速・キックダウンなどに
より車速が急変した場合、コントローラ２２がエンジン
回転数の増減をすぐに検知し、圧縮機回転数が急増して
いないか確認する。圧縮機回転数が所定の増加分以上に
急変した場合、フィードフォワード制御を行う。すなわ
ち、前記圧縮機回転数の増加分からＨＰの変化量を予測
し、この予測値に対応した予め設定された弁開度となる
ように、弁開度の増減量を算出する。そして圧力制御弁
３を制御してＨＰが所定量以上に上昇（下降）しないよ
うにする。なお、空気調和装置のシステム起動時、クラ
ッチオン時などの過渡的な状態においては、上記制御の
代わりに別途の起動制御を一定時間行い、その後、運転
が安定した後に上記制御に切り替える。
【００３１】以上のように、ガスクーラ２の出口冷媒の
温度を直接検出して圧力制御を行うことで、確実にＣＯ
Ｐを最大状態として運転を行うことができる。したがっ
て、圧縮効率を向上させることができる。また、ＨＰが
急激に上昇して所定値以上になると、空調機が停止した
り、場合によってはリリーフ弁からガスを逃がさなけれ
ばならないという問題があった。本例では、上記のよう
にＨＰの急激な上昇・低下を防ぐことができるため、空
気調和装置の保護を行うことができる。
温度を直接検出して圧力制御を行うことで、確実にＣＯ
Ｐを最大状態として運転を行うことができる。したがっ
て、圧縮効率を向上させることができる。また、ＨＰが
急激に上昇して所定値以上になると、空調機が停止した
り、場合によってはリリーフ弁からガスを逃がさなけれ
ばならないという問題があった。本例では、上記のよう
にＨＰの急激な上昇・低下を防ぐことができるため、空
気調和装置の保護を行うことができる。
【００３２】なお、車速に代えて、圧縮機回転数を用い
てＨＰ設定値を算出器２１にて算出するようにしても良
い。また、算出器２１において、必ずしもガスクーラ出
口温度の積算平均値を算出する必要はなく、積算平均値
を求めずガスクーラの出口温度から直接ＨＰ設定値を逐
次求めても良い。さらにまた、算出器２１において車速
の変化を用いてＨＰ設定値を算出する必要は必ずしもな
く、ガスクーラ出口温度のみに基づいてＨＰ設定値を算
出しても良い。
てＨＰ設定値を算出器２１にて算出するようにしても良
い。また、算出器２１において、必ずしもガスクーラ出
口温度の積算平均値を算出する必要はなく、積算平均値
を求めずガスクーラの出口温度から直接ＨＰ設定値を逐
次求めても良い。さらにまた、算出器２１において車速
の変化を用いてＨＰ設定値を算出する必要は必ずしもな
く、ガスクーラ出口温度のみに基づいてＨＰ設定値を算
出しても良い。
【００３３】
【発明の効果】上述した本発明によれば、以下の効果を
得ることができる。請求項１に記載の発明によれば、温
度検出手段により冷媒の温度を検出するため、確実に圧
縮成績最大（ＣＯＰのピーク）における運転を実現する
ことができて圧縮効率を向上させることができる。
得ることができる。請求項１に記載の発明によれば、温
度検出手段により冷媒の温度を検出するため、確実に圧
縮成績最大（ＣＯＰのピーク）における運転を実現する
ことができて圧縮効率を向上させることができる。
【００３４】請求項２に記載の発明によれば、一定時間
毎に逐次圧力制御弁を制御することで、常にＣＯＰピー
クにおける運転を行うことができる。請求項３に記載の
発明によれば、温度変化の乱れが解消されるため、圧力
制御弁を安定して制御することができる。請求項４に記
載の発明によれば、実際の冷媒圧力が制御装置にフィー
ドバック入力されるため、圧力制御の正確性を向上させ
ることができる。
毎に逐次圧力制御弁を制御することで、常にＣＯＰピー
クにおける運転を行うことができる。請求項３に記載の
発明によれば、温度変化の乱れが解消されるため、圧力
制御弁を安定して制御することができる。請求項４に記
載の発明によれば、実際の冷媒圧力が制御装置にフィー
ドバック入力されるため、圧力制御の正確性を向上させ
ることができる。
【００３５】請求項５に記載の発明によれば、フィード
バック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて
運転することができる。請求項６に記載の発明によれ
ば、冷媒圧力の急激な上昇・低下を防ぐことができるた
め、空気調和装置を保護することができる。請求項７に
記載の発明によれば、冷媒温度だけでなく、車速（車輌
速度）に基づき、より正確に冷媒圧力を制御することが
できる。請求項８に記載の発明によれば、過渡的な場合
には別途の制御を行うことにより、冷媒圧力の制御を適
切に行うことができる。
バック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて
運転することができる。請求項６に記載の発明によれ
ば、冷媒圧力の急激な上昇・低下を防ぐことができるた
め、空気調和装置を保護することができる。請求項７に
記載の発明によれば、冷媒温度だけでなく、車速（車輌
速度）に基づき、より正確に冷媒圧力を制御することが
できる。請求項８に記載の発明によれば、過渡的な場合
には別途の制御を行うことにより、冷媒圧力の制御を適
切に行うことができる。
【図１】 本発明に係る冷凍サイクルの一実施形態とし
て示した空気調和装置の構成例を示す図である。
て示した空気調和装置の構成例を示す図である。
【図２】 同空気調和装置の制御装置を示すブロック図
である。
である。
【図３】 ガスクーラ出口側冷媒温度、ＨＰ、および車
速の関係を示す図である。
速の関係を示す図である。
【図４】 ＨＰ、ＣＯＰ、およびガスクーラ出口側冷媒
温度の関係を示す図である。
温度の関係を示す図である。
【図５】 ＣＯ2 のモリエル線図である。
１ 圧縮機 ２ ガスクーラ（放熱器） ３ 圧力制御弁 ４ エバポレータ（蒸発器） １１ 温度センサ（温度検出手段） ２０ 制御装置 ２３ 圧力検出器（圧力検出手段）
Claims (8)
- 【請求項１】 配管により直列連結された圧縮機、放熱
器および蒸発器を備え、前記蒸発器に流入する冷媒の圧
力を調整する圧力制御弁が設けられた車両用空気調和装
置において、 前記放熱器の出口側冷媒温度を検出する温度検出手段
と、該温度検出手段の出力に基づいて前記圧縮機の圧縮
成績が最大となる冷媒の圧力設定値を算出するととも
に、冷媒圧力が前記圧力設定値となるように前記圧力制
御弁を制御する制御装置とを備えていることを特徴とす
る車両用空気調和装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の車両用空気調和装置に
おいて、 前記制御装置は、一定時間毎に、前記温度検出手段の検
出出力に基づいて前記圧力設定値を算出することを特徴
とする車両用空気調和装置。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の車両用空気調
和装置において、 前記制御装置は、前記放熱器の出口側冷媒温度の積算平
均値を算出し、該積算平均値に基づいて、前記圧力制御
弁を制御することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の車両
用空気調和装置において、 前記圧力制御弁により調節された冷媒の実圧力を検出す
る圧力検出手段を備え、 前記制御装置は、前記実圧力と前記圧力設定値との差に
基づいて、前記圧力制御弁を制御することを特徴とする
車両用空気調和装置。 - 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の車両
用空気調和装置において、 前記制御装置は、フィードバック制御として、前記実圧
力と前記圧力設定値との差に基づいて算出される前記圧
力制御弁の弁開度の増減量と、 フィードフォワード制御として、前記圧縮機の回転数の
増減に基づいて冷媒圧力の増減を予測し、この予測値に
基づいて算出される前記圧力制御弁の弁開度の増減量と
のうち、少なくともいずれか一方によって、前記圧力制
御弁を制御するように構成されていることを特徴とする
車両用空気調和装置。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載の車両
用空気調和装置において、 前記制御装置は、前記圧縮機の回転数が急変した場合
に、前記放熱器の出口側冷媒温度によらずに前記圧力制
御弁を制御するように構成されていることを特徴とする
車両用空気調和装置。 - 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載の車両
用空気調和装置において、 前記制御装置は、前記放熱器の出口側冷媒温度に加え
て、車速または圧縮機の回転速度に基づいて前記圧力設
定値を算出することを特徴とする車両用空気調和装置。 - 【請求項８】 請求項１から７いずれかに記載の車両用
空気調和装置において、 前記制御装置は、空気調和装置の起動時または車輌のク
ラッチオン時から一定時間経過後に前記制御を開始する
ように構成されていることを特徴とする車両用空気調和
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341037A JP2002144860A (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | 車両用空気調和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341037A JP2002144860A (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | 車両用空気調和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002144860A true JP2002144860A (ja) | 2002-05-22 |
Family
ID=18815838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000341037A Pending JP2002144860A (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | 車両用空気調和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002144860A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007210443A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-08-23 | Sanden Corp | 車両用空調装置 |
| WO2008081771A1 (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Daikin Industries, Ltd. | 冷凍装置 |
| JP2009014209A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62106256A (ja) * | 1985-11-01 | 1987-05-16 | 株式会社豊田自動織機製作所 | 冷凍回路の膨張弁制御装置 |
| JPH04222353A (ja) * | 1990-12-25 | 1992-08-12 | Daikin Ind Ltd | 空気調和装置の運転制御装置 |
| JPH11281172A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 冷凍装置 |
| JP2000088364A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Nippon Soken Inc | 超臨界冷凍サイクル |
-
2000
- 2000-11-08 JP JP2000341037A patent/JP2002144860A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62106256A (ja) * | 1985-11-01 | 1987-05-16 | 株式会社豊田自動織機製作所 | 冷凍回路の膨張弁制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2007210443A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-08-23 | Sanden Corp | 車両用空調装置 |
| WO2008081771A1 (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Daikin Industries, Ltd. | 冷凍装置 |
| EP2543939A3 (en) * | 2006-12-28 | 2014-04-23 | Daikin Industries, Ltd. | Refrigeration apparatus |
| JP2009014209A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
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