JP2004189213A - 冷媒サイクルの運転装置、冷媒サイクルの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷凍サイクル装置の暖房運転時において、一つの減圧器で調整を行うことにより、室外熱交換器への着霜の発生を招き、冷媒水熱交換器を流れる冷媒の温度が充分に上昇するまでに時間を要するため、室内の空調温度が目標の温度に到達するまでの時間が長くなるという課題を有している。
【解決手段】 冷媒を圧縮する圧縮機１０と、外気と前記冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器１３と、外気と前記冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器１６と、前記第２の熱交換器の下流側に設けられた、開度が可変の第１の減圧器１２と、前記第２の熱交換器の上流側に設けられた、開度が可変の第２の減圧器１３と、前記第１の減圧器と前記圧縮機との間に設けられた放熱のための放熱器１１と、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度に関連する関連情報に基づき、前記第１の減圧器および前記第２の減圧器の開度を制御する開度制御手段１００とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷媒を循環させる冷媒サイクルの運転装置、運転方法等に関するものである。

電気自動車用冷凍サイクル装置を例に挙げて説明する。

近年、地球環境保護の観点から電気自動車の需要が拡大しつつあるが、電気自動車のバッテリーの能力は十分でないことから、エンジンを走行補助用もしくは発電用に用いるハイブリッド型の電気自動車や燃料電池を発電用に用いる電気自動車が提案されている。

走行補助用エンジンを備えたハイブリッド型電気自動車の場合には、スタート時および市街地を走行する時には車両駆動用モータによって走行し、バッテリーの残量が少なくなったり郊外を走行する時にはエンジンによって走行するのである。また、発電用エンジンを備えたハイブリッド型電気自動車の場合には、車両駆動用モータによって走行し、バッテリーの残量が少なくなった時にはエンジンを始動してバッテリーを充電するのである。

ところで、現在の電気自動車の空調装置においては、冷凍サイクル装置の圧縮機（開放型）を車両駆動用モータで駆動するのが一般的であるものの、上述したハイブリッド型の電気自動車の空調装置において、エンジンが駆動状態の場合には、エンジンで圧縮機を駆動することにより車室内を冷房し、またエンジンが停止状態の場合は車両駆動用モータにより圧縮機を駆動するとともに、エンジンが停止状態でバッテリーの残量が少なくなったときはエンジンを始動して圧縮機を駆動することにより車室内を冷房することが考えられる。

しかしながら、エンジンの回転を圧縮機に伝達する機構と、車両駆動用モータの回転を圧縮機に伝達する機構に伝達する機構という２つの機構が必要となるとともに、それらの駆動方式を切替えるためのクラッチが必要となることから、システムが複雑となりコスト高となっていた。

一方、暖房運転時には、エンジン冷却水が供給されるヒータコアに対して単に送風することにより車室内を暖房するようにしているので、エンジン起動時など冷却水の温度が低い場合などは、車室内の空調温度が目標の温度に到達するまでの時間が長くなっていた。また、低外気温時などには暖房能力も不足するため、ＰＴＣヒータを補助加熱手段に用いて、エンジン冷却水を加熱していた。ハイブリッド型の電気自動車でなくとも、近年の自動車のエンジンは高性能化してきており、エンジンからの放熱量が減少したため、同様にＰＴＣヒータを補助加熱手段に用いて、エンジン冷却水を加熱していた。ＰＴＣヒータ等の電気ヒータを補助加熱手段に用いるため、ヒートポンプ式暖房と比較すると暖房効率が低かった。

この不具合を解消するため、図１２に示すように、密閉型の電動圧縮機４を用いてヒートポンプ式冷凍サイクル装置を構成し、その冷媒回路に暖房時の補助加熱手段として冷媒水熱交換器１を新たに設けて、暖房運転が指示された場合にエンジン冷却水の温度が設定温度以下のときは、第１の電磁弁２を閉鎖してかつ第２の電磁弁３を開放した状態で電動圧縮機４を駆動させる技術がある（例えば、特許文献１を参照。）。

このような冷凍サイクル装置によれば、冷媒水熱交換器１のみを凝縮器として機能させるとともに蒸発器５に冷媒を供給させない冷媒回路を作ることができる。この結果、蒸発器５には低温の冷媒が流れないので送風空気を冷却することなく、冷媒水熱交換器１で補助加熱されたエンジン冷却水がヒータコア６を流れ、ダクト内の送風空気を加熱することができるので、エンジン冷却水の温度が低い場合でもＰＴＣヒータなしで暖房能力を高めることができていた。
特開平９−６６７２２号公報

しかしながら、このような冷凍サイクル装置においては、電磁弁２を閉鎖すると、解放された電磁弁３，電動圧縮機１，冷媒水熱交換機１，減圧器８および室外熱交換機７から形成される冷媒回路において、冷媒は減圧器８を通過するときに減圧され、温度が低下するため、凝縮器として機能する室外熱交換器７の温度も下がり、着霜の発生を招くという不具合が生じる。なお、減圧器９は電磁弁３が解放されるため冷媒は通過しない。

室外熱交換器７に着霜が発生すると、熱交換する外気側の熱伝達率が低下するため冷媒の圧力が低下し、電動圧縮機４に吸入される冷媒の比重量が低下するため加熱能力が低下し、冷媒水熱交換器１を流れる冷媒の温度が充分に上昇するまでに時間を要するため、冷凍サイクル装置の立ち上げに時間がかかってしまい、ひいては室内の空調温度が目標の温度に到達するまでの時間が長くなるという課題があった。

本発明は、上述した課題に対してなされたものであり、室外熱交換器の着霜の発生を回避し、目標の空調温度までの到達時間を短縮しつつ効率的な運転を可能にする冷媒サイクルの運転装置、運転方法等を提供することを目的とするものである。

第１の本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、
外気と前記冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、
外気と前記冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器の下流側に設けられた、開度が可変の第１の減圧器と、
前記第２の熱交換器の上流側に設けられた、開度が可変の第２の減圧器と、
前記第１の減圧器と前記圧縮機との間に設けられた放熱のための第３の熱交換器と、
前記第２の熱交換器内の冷媒の温度に関連する関連情報に基づき、前記第１の減圧器および前記第２の減圧器の開度を制御する開度制御手段とを備えた冷媒サイクルの運転装置である。

第２の本発明は、前記開度制御手段は、前記第１の減圧器の開度が前記第２の減圧器の開度よりも小さくなった状態が保たれるように、前記制御を行う、第１の本発明の冷媒サイクルの運転装置である。

第３の本発明は、前記開度制御手段は、前記第１の減圧器の開度はより小さく、前記第２の減圧器の開度はより大きくなるように前記制御を行う、第２の本発明の冷媒サイクルの運転装置である。

第４の本発明は、前記開度制御手段は、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度または前記第２の熱交換器の温度を前記関連情報として検出する温度検出手段を有し、
前記冷媒の温度が所定の温度以下になった場合、前記制御を行う、第３の本発明の冷媒サイクルの運転装置である。

第５の本発明は、前記開度制御手段は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出手段を有し、
前記圧力が所定の値以上になった場合、前記制御を行う、第３の本発明の冷媒サイクルの運転装置である。

第６の本発明は、前記開度制御手段は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出手段を有し、
前記圧力検出手段が検出した圧力に基づき前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御手段をさらに備え、
前記開度制御手段は、前記圧力が所定の値以上になった場合、前記第１の減圧器の開度をより大きくする制御を行い、
前記圧縮機回転数制御手段は、前記圧力が前記所定の値以上になった場合、前記圧縮機の回転数をより小さくする制御を行う、第４の本発明の冷媒サイクルの運転装置である。

第７の本発明は、前記開度制御手段は、前記第２の熱交換器の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段および前記第２の熱交換器の雰囲気湿度を検出する雰囲気湿度検出手段をさらに有し、
前記開度制御手段は、前記雰囲気温度および前記雰囲気湿度より求めた前記第２の熱交換器の露点温度と、前記第２の熱交換器の温度または前記第２の熱交換器内の冷媒温度とを比較して、
前記露点温度が前記熱交換器の前記温度または前記冷媒温度よりも小さい場合は、前記第１の減圧器の開度はより大きく、前記第２の減圧器の開度はより小さくなるように制御を行い、
前記露点温度が前記熱交換器の前記温度または前記冷媒温度よりも大きい場合は、前記第１の減圧器の開度はより小さく、前記第２の減圧器の開度はより大きくなるように前記制御を行う、第６の本発明の冷媒サイクルの運転装置である。

第８の本発明は、前記第２の熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒流路と、前記第１の熱交換器と前記第２の減圧器との間の冷媒流路との間で熱交換を行う内部熱交換器をさらに備えた、第８の本発明の冷媒サイクルの運転装置である。

第９の本発明は、前記第２の熱交換器が配置された空間内に配置された、前記空間と熱交換するヒータコアと、前記第３の熱交換器と熱交換する熱担体流路と、前記ヒータコアと前記熱担体流路とを介して熱担体を循環させる熱担体循環手段を少なくとも有する熱担体サイクルを、さらに備えたことを特徴とする第１から第８の本発明のいずれかの冷媒サイクル装置である。

第１０の本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、外気と前記冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、外気と前記冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器の下流側に設けられた、開度が可変の第１の減圧器と、前記第２の熱交換器の上流側に設けられた、開度が可変の第２の減圧器と、前記第１の減圧器と前記圧縮機との間に設けられた放熱のための第３の熱交換器とを用い、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度に関連する関連情報に基づき、前記第１の減圧器および前記第２の減圧器の開度を制御する開度制御工程を備えた冷媒サイクルの運転方法である。

第１１の本発明は、前記開度制御工程は、前記第１の減圧器の開度が前記第２の減圧器の開度よりも小さくなった状態が保たれるように、前記制御を行う、第１０の本発明の冷媒サイクルの運転方法である。

第１２の本発明は、前記開度制御手段は、前記第１の減圧器の開度はより小さく、前記第２の減圧器の開度はより大きくなるように前記制御を行う、第１１の本発明の冷媒サイクルの運転方法である。

第１３の本発明は、前記開度制御工程は、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度または前記第２の熱交換器の温度を前記関連情報として検出する温度検出工程を有し、
前記冷媒の温度が所定の温度以下になった場合、前記制御を行う、第１２の本発明の冷媒サイクルの運転方法である。

第１４の本発明は、前記開度制御工程は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出工程を有し、
前記圧力が所定の値以上になった場合、前記制御を行う、第１３の本発明の冷媒サイクルの運転方法である。

第１５の本発明は、前記開度制御工程は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出工程を有し、
前記圧力検出工程が検出した圧力に基づき前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御工程をさらに備え、
前記開度制御工程は、前記圧力が所定の値以上になった場合、前記第１の減圧器の開度をより大きくする制御を行い、
前記圧縮機回転数制御工程は、前記圧力が前記所定の値以上になった場合、前記圧縮機の回転数をより小さくする制御を行う、第１３の本発明の冷媒サイクルの運転方法である。

第１６の本発明は、第１の本発明の冷媒サイクル運転装置の、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度に関連する関連情報に基づき、前記第１の減圧器および前記第２の減圧器の開度を制御する開度制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。

第１７の本発明は、第１７の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。

本発明によれば、室外熱交換器の着霜の発生を回避し、目標の空調温度までの到達時間を短縮しつつ効率的な運転を可能にする冷媒サイクル装置の運転装置、運転方法等が得られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を示す構成図であり、この冷凍サイクルは、ＣＯ_２冷媒を作動流体とし、圧縮機１０、放熱器１１、第１の減圧器１２、第１の熱交換器１３、内部熱交換器１４、第２の減圧器１５、第２の熱交換器１６を基本構成要素としている。第１の熱交換器１３の出口ラインと、第２の熱交換器１６の出口と圧縮機１０の間の圧縮機吸入ラインは、内部熱交換器１４により熱交換されるように構成されている。さらに、第２の熱交換器１６には、その温度を検出する温度検出手段１８が設けられている。また温度検出手段１８の検出温度に基づき、第１の減圧器１２および第２の減圧器１５の開度を制御する開度制御手段１００が設けられている。なお、第１の減圧器１２，第２の減圧器１５はそれぞれ、開度可変であって流量調整が可能な弁である。

以上のような構成を有する本発明の実施の形態１の冷凍サイクルの動作について説明を行うとともに、これにより本発明の冷媒サイクルの運転方法の一実施の形態について説明を行う。

ここで、図１の冷凍サイクル装置の冷房時での動作について説明する。

まず、冷房時には、第１の減圧器１２は全開にして冷媒をスルーさせ、第２の減圧器１５のみに減圧器としての作用を行わせる。すなわち、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧のガスとなった冷媒は、放熱器１１から、第１の減圧器１２を経て第１の熱交換器１３で外気によって冷却される。

このとき、上述したように第１の減圧器１２の開度は全開になるように調整するとともに、ダンパー１７を、図中ａ方向になるように制御して放熱器１１で空気が暖められないように制御する。そして、第１の熱交換器１３を通過した冷媒は、内部熱交換器１４で圧縮機１０の吸入ラインの冷媒と熱交換してさらに冷却されたのち、第２の減圧器１５で減圧されて低温低圧の気液二相状態となって第２の熱交換器１６に導入される。

この第２の熱交換器１６では、室内の空気からの吸熱により蒸発して気液二相またはガス状態となり、内部熱交換器１４で第１の熱交換器１３から流れる冷媒と熱交換してさらに吸熱したのち再び圧縮機１０で圧縮される。このことにより、第２の熱交換器１６で冷却された空気は、放熱器１１によって暖められることなく室内に導入される。

次に、暖房除湿時での動作について説明する。

暖房除湿時では、第１の減圧器１２と第２の減圧器１５の両方について、それぞれの開度を調節して、減圧器としての作用を行わせる。

まず、開度制御手段１００は、初期状態として圧縮機１０起動時の第１の減圧器１２の開度を、第２の減圧器１５の開度よりも小さくなるように制御する。一方ダンパー１７は図中ｂ方向となるように制御する。圧縮機１０の運転が開始されると、圧縮機１０で圧縮されて高温高圧のガスとなった冷媒は、放熱器１１で空気と熱交換して冷却されたのち、第１の減圧器１２により中間圧力まで減圧されて第１の熱交換器１３に導入される。第１の熱交換器１３で外気によって冷却された冷媒は、内部熱交換器１４で圧縮機１０の吸入ラインの冷媒と熱交換してさらに冷却されたのち、第２の減圧器１５でさらに減圧されて低温低圧の気液二相状態となって第２の熱交換器１６に導入される。この第２の熱交換器１６においては、冷媒は空気からの吸熱により蒸発して気液二相またはガス状態となり、内部熱交換器１４で第１の熱交換器１３から流れる冷媒と熱交換してさらに吸熱したのち再び圧縮機１０で圧縮される。このことにより、外部から導入された空気は第２の熱交換器１６で除湿されたのち放熱器１１で加熱され、放熱器１１と連通した室内に導入される。

ここで図２は、図１１に示す従来例の冷凍サイクル装置における暖房運転時の冷凍サイクルをモリエル線図で示した概略図である。暖房運転開始直後の室内吹出し温度をより早く上昇させるためには、放熱器の圧力を高くすることが必要であり、その手段としては膨張弁の開度を小さくすることが効果的である。

しかしながら、既に述べたように、従来例のようにサイクル内の圧力を１つの減圧器で制御する場合は、サイクル内における高低圧力差が大きくなるため、冷媒の下流となる低圧側の圧力が過度に低下してしまい、冷媒循環量が低下するので暖房能力が低下するという課題があった。

また、室外熱交換器が蒸発器として作用するため、室外気温が低い場合などは、室外熱交換器に着霜が発生することが考えられる。特に、車両用空調装置のように室外熱交換器に導入される送風が停止できない場合は除霜を行うことが困難であり、暖房能力が低下して快適性を損なうという課題があった。

そこで、本発明の実施の形態１においては、サイクル内に２つの減圧器を設け、それぞれの開度を調節することにより、これら課題の解決を図った。

ここで図１に示す冷凍サイクル装置における暖房除湿運転時での第２の減圧器１５の動作を、図３のモリエル線図および図４のフローチャートを用いて説明する。

暖房除湿時では、開度制御手段１００は、サイクルの運転が開始されると、ステップ２１で第１の減圧器１２の開度Ｘ１は第２の減圧器１５の開度Ｘ２よりも小さくなるように制御する。このことにより、図３に示すように、高圧側の圧力を上昇させて吹出し温度を高くしつつ、低圧側の圧力の低下を小さくして、冷媒循環量の低下を防止することができる。

また、第１の減圧器１２と第２の減圧器１５との間に挟まれた第１の熱交換器１３は、緩やかな高低圧力差にて中間圧力に保たれるので、室外熱交換器１３は、従来例のような蒸発器ではなく、放熱器として作用する。したがって着霜が発生するという不具合は生じない。

しかし、第２の減圧器１５と圧縮機１０との間に設けられた、低圧側の第２の熱交換器１６に着霜の恐れがある。そこで本実施の形態では、ステップ２２において、開度制御手段１００は、第２の熱交換器冷媒温度検出手段１８にて検出された冷媒温度Ｔevaと、ねらいの設定温度Ｔｍeva（例えば０℃）とを比較する。そして、ＴevaがＴｍeva以上の場合には、室内側熱交換器である第２の熱交換器１６では着霜していない状態であることを示しておりステップ２２に戻り、以下同ステップの動作を繰り返しを行う。

一方、ステップ２２において、ＴevaがＴｍevaより小さい場合には、ステップ２３に移り、開度制御手段１００は、第１の減圧器１２の開度Ｘ１を小さく、また第２の減圧器１５の開度Ｘ２を大きくなるように制御する。このことにより、低圧側の冷媒圧力を下げて第２の熱交換器１６の冷媒温度を上昇させて着霜を回避しつつ、高圧側の冷媒圧力の上昇を妨げることがないので、室内吹出し温度が低下することを防止することができる。制御終了後は再度ステップ２２に戻る。このときの第２の熱交換器１６の冷媒温度と第１の減圧器１２および第２の減圧器１５の動作の関係を図５に示す。

このように、本実施の形態によれば、冷媒サイクルに二つの減圧器１２，１５を設けて、暖房除湿時には、第１の熱交換器１３を中間圧力に保ち放熱器として作用させることで着霜を防ぐとともに、第２の熱交換器１８が着霜しないように、その温度を検知しながら第１の減圧器１２および第２の減圧器１５を制御して、高圧を上昇させて吹出し温度を高くしつつ、低圧の大幅な低下を防止して冷媒循環量の低下による暖房能力の大幅な低下や着霜の発生を抑えることができるので、暖房運転開始直後の室内吹出し温度をより早く上昇させることができる。

なお、温度検知手段１８は、第２の熱交換器１８自体の温度を測定するようにしてもよいし、第２の熱交換器１８内を通過する冷媒の温度を測定するようにしてもよい。要するに、第２の熱交換器が着霜しないような温度を検出できればよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図６に示す冷凍サイクル装置における暖房除湿時での第１の減圧器１２および第２の減圧器１５の動作を説明する。

以下、実施の形態１と異なる点について説明する。図６に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置において、実施の形態１と同一部または相当部には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。また本実施の形態は、放熱器１１の代わりに冷媒水熱交換器１９を備えた冷媒サイクルを第１のサイクルとして用い、冷媒水熱交換器１９と熱交換する温水流路上に設けられたポンプ３０、ヒータコア３１、ラジエータ３２および動力機関３３を有する第２のサイクルをさらに付加した構成となっており、冷媒水熱交換器１９は第２のサイクルにおいてポンプ３０とヒータコア３１との間の流路と熱交換するように設けられている。ヒータコア３１は、実施の形態１の第２の熱交換器１８と同一空間内に配置されている。また温水サイクル内は冷媒水熱交換器１９により加熱された温水が循環する。

このような構成を有する本実施の形態の冷凍サイクル装置においては、冷媒水熱交換器１９で加熱された温水は室内に設けられたヒータコア３１に流入して第２の熱交換器１６で冷却除湿された空気を加熱することにより、除湿しながら暖房することができる。そして温水は動力機関３３（例えばエンジンや燃料電池などの発熱源）で加熱されて再び冷媒水熱交換器１９に戻る。

すなわち、温水サイクルに冷媒水熱交換器１９を補助加熱手段として設けることによって、動力機関３３からの排熱を室内の暖房用加熱手段として用いることができるので、第１の実施の形態の利点を保ちつつ、より高効率な冷凍サイクルの運転を行いつつ、暖房開始運転直後の室内吹出し温度を早く上昇させることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、図７に示す冷凍サイクル装置を説明する。

本実施の形態の冷凍サイクル装置は、実施の形態１の構成に加えて、圧縮機１０の吐出冷媒圧力を検出する吐出圧力検出手段３４と、圧縮機１０の運転周波数を制御する圧縮機運転周波数制御手段３５を設け、開度制御手段１００は、吐出圧力検出手段３４の検出値に応じた減圧器の開度の制御を行うようにしている。

このような本実施の形態の冷凍サイクル装置の動作は、基本的に実施の形態１と同様であり、実施の形態１の動作条件を優先するが、さらに圧縮機１０の吐出圧力に応じた制御を行う点が異なる。以下、図８のフローチャートを用いて説明する。

図８に示すように、暖房除湿時においては、ステップ４１で圧縮機吐出冷媒圧力検出手段３４にて検出された冷媒圧力Ｐｍと、ねらいの上限設定圧力Ｐｘm（例えば１２ＭＰａ）が比較される。そして、ＰｍがＰｘｍより大きい場合には、吐出圧力が圧縮機の信頼性基準値を超えていることを示しており、ステップ４２に移り、圧縮機運転周波数制御手段３５が圧縮機１０の運転周波数を小さくするように、また開度制御手段１００が第１の減圧器１２の開度をより大きくなるように制御したのち、ステップ４１に戻る。このことにより、圧縮機１１からの冷媒の吐出圧力の低下を迅速かつ大幅に行うことができる。また、ＰｍがＰｘｍ以下の場合には、ステップ４１に戻る。

以上のように、圧縮機１０の運転周波数および第１の減圧器１２の開度を制御させることによって、実施の形態１に比べて吐出圧力の調整を迅速に行うことが可能となるので、圧縮機及び冷凍サイクル装置の信頼性をより確実に確保しつつ、暖房開始運転直後の室内吹出し温度を早く上昇させることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４として、図９に示す冷凍サイクル装置を説明する。

図９に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、実施の形態１の構成に加えて、第２の熱交換器１６が配置された空間内に設けられた雰囲気空気温度検出手段３６および雰囲気空気湿度検出手段３７を備え、開度制御手段１００は、雰囲気空気温度検出手段３６および雰囲気空気湿度検出手段３７の各検出値にも基づき開度の制御を行う点が異なる。

このような本実施の形態の冷凍サイクル装置の動作は、基本的に実施の形態１と同様であり、実施の形態１の動作条件を優先するが、、さらに雰囲気空気温度検出手段３６および雰囲気空気湿度検出手段３７の各検出値に応じた制御を行う点が異なる。以下、図１０のフローチャートを用いて説明する。

図１０に示すように、暖房除湿時では、開度制御手段１００は、ステップ５１で雰囲気空気温度検出手段３６にて検出された温度と、雰囲気空気湿度検出手段３７にて検出された温度から、露点温度Ｔｒ（例えば２℃）を算出する。

そして、ステップ５２に移り、開度制御手段１００は、第２の熱交換器温度検出手段１８にて検出された冷媒温度Ｔevaと、露点温度Ｔｒとを比較する。

このとき、ＴevaがＴｒ以上の場合には、室内側熱交換器である第２の熱交換器１６は除湿していない状態であることを示しており、ステップ５４に移り、開度制御手段１００は、第１の減圧器１２の開度Ｘ１は大きくなるように、また第２の減圧器１５の開度Ｘ２は小さくなるように制御して、ステップ５１に戻る。このことにより、第２の熱交換器１６の冷媒温度が露点温度以下になるので、第２の熱交換器において除湿することが可能となる。

一方、ステップ５２でＴevaがＴｒよりも小さい場合には、ステップ５３に移り、開度制御手段１００は、第１の減圧器１２の開度Ｘ１は小さくなるように、また第２の減圧器１５の開度Ｘ２は大きくなるように制御する。このことにより、第２の熱交換器１６の冷媒温度が露点温度以下となるように制御することができる。

このように、本実施の形態によれば、第２の熱交換器１６の雰囲気空気温度と雰囲気空気湿度を検出して露点温度を算出し、これに基づき各減圧器の開度を制御することにより、実施の形態１に比べて第２の熱交換器１６での除湿を確実に行うことができるので、より高効率かつ快適性を確保した冷凍サイクル装置の運転を行いながら、暖房開始運転直後の室内吹出し温度を早く上昇させることができる。

なお、上記の各実施の形態において、冷凍サイクル装置は、本発明の冷媒サイクルの運転装置に相当し、圧縮機１０は本発明の圧縮機に相当し、第１の熱交換器１３は本発明の第１の熱交換器に相当し、第２の熱交換器１６は本発明の第２の熱交換器に相当し、第１の減圧器１２は本発明の第１の減圧器に相当し、第２の減圧器１３は本発明の第２の減圧器に相当し、放熱器１１または冷媒水熱交換器１９は本発明の第３の熱交換器に相当し、温度検出手段１８は本発明の温度検出手段に相当し、開度制御手段１００は本発明の開度制御手段に相当する。また、内部熱交換器１４は本発明の内部熱交換器に相当し、ヒータコア３１は本発明のヒータコアに相当し、温水サイクルとしての第２のサイクルは本発明の熱担体サイクルに相当し、ポンプ３０，動力機関３３は本発明の熱担体循環手段に相当し、冷媒水熱交換器１９と熱交換する第２のサイクルの流路は、本発明の熱担体流路に相当する。

また、吐出圧力検出手段３４は本発明の圧力検出手段に相当し、圧縮機運転周波数制御手段３５は本発明の圧縮機回転数制御手段に相当する。また、雰囲気空気温度検出手段３６および雰囲気空気湿度検出手段３７はそれぞれ本発明の雰囲気温度検出手段および雰囲気空気検出手段に相当する。また、温度、圧力は本発明の関連情報に相当する。

ただし本発明は上記の各実施の形態に限定されない。例えば、上記各実施の形態において、内部熱交換器１４を省いた構成としてもよい。また、冷媒サイクル内を循環する冷媒はＣＯ_２であるとしたが、代替フロン等の冷媒を用いてもよい。また、熱担体サイクルは、温水を通過させるとしたが、気体、他の液体を用いてもよい。

また、図１１に示す構成例のように、温度検出手段１８を省略して、圧縮機１０と放熱器１１との間に吐出圧力検出手段３４のみを設け、開度制御手段１００は、本発明の関連情報としての吐出圧力検出手段３４の検出圧力に基づき第１の減圧器１２，第２の減圧器１５の開度を制御するようにしてもよい。このとき検出される圧力が第２の熱交換器１６に着霜しないような圧力となるように、図４のステップ２３と同様の制御を行えば、実施の形態１と同様の効果が得られる。これは他の実施の形態と組み合わせてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、第１，第２の減圧器の開度の制御を開度制御手段により行うものとして説明を行ったが、本発明は温度等の観察に基づき手動他の手段により実施してもよい。

なお、本発明にかかるプログラムは、上述した本発明の冷媒サイクルの運転装置の全部または一部の手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムであってもよい。

また、本発明は、上述した本発明の冷媒サイクルの運転装置の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する媒体であってもよい。

なお、本発明の上記「一部の手段」とは、それらの複数の手段の内の、幾つかの手段を意味し、あるいは、一つの手段の内の、一部の機能を意味するものである。

また、本発明のプログラムを記録した、コンピュータに読みとり可能な記録媒体も本発明に含まれる。

また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。

また、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。

また、本発明のデータ構造としては、データベース、データフォーマット、データテーブル、データリスト、データの種類などを含む。

また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送機構、光・電波・音波等が含まれる。

また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。

なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。

また、本発明は自動車の他、電車、船舶、航空機、家屋等の施設において実施してもよく、設置対象によって用途を限定されるものではない。

以上のような本発明は、例えば第１の減圧器１２または第２の減圧器１５を作用させることによって、高圧を上昇させて吹出し温度を高くしつつ、低圧の大幅な低下を防止して冷媒循環量の低下による暖房能力の大幅な低下や着霜の発生を抑えることができるので、暖房運転開始直後の室内空調温度をより早く上昇させることができる。

さらに、ヒータコア３１を介して流れる温水サイクルに冷媒水熱交換器１９を補助加熱手段として設けることによって、動力機関３３からの排熱を室内の暖房用加熱手段として用いることができるので、より高効率な冷凍サイクルの運転を行うことが可能となる。

さらに、圧縮機１０の運転周波数および第１の減圧器１２の開度を制御することによって、吐出冷媒圧力の調整を迅速に行うことが可能となるので、圧縮機１０及び冷凍サイクル装置の信頼性をより確実に確保することができる。

さらに、第２の熱交換器１６の雰囲気空気温度と雰囲気空気湿度を検出して露点温度を算出することにより、第２の熱交換器１６における除湿を確実に行うことができるので、より高効率かつ快適性を確保した冷凍サイクル装置の運転を行うことができる。

さらに、冷媒として二酸化炭素を用いることにより、冷凍サイクルは高圧側が超臨界となる遷臨界サイクルとなるので、フロン冷媒よりも高い温度の吹出し温度を得ることができ、さらに快適性の向上を図ることができる。

本発明にかかる冷媒サイクル装置の運転装置、運転方法は、室外熱交換器の着霜の発生を回避し、目標の空調温度までの到達時間を短縮しつつ効率的な運転を可能にする効果を有し、空調装置等として有用である。

本発明の実施の形態１である冷凍サイクル装置の構成図 従来の冷凍サイクル装置のモリエル線図 本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置のモリエル線図 本発明の実施の形態１である冷凍サイクル装置の制御フローチャート 本発明の実施の形態１である第１の減圧器と第２の減圧器動作の概略図 本発明の実施の形態２である冷凍サイクル装置の構成図 本発明の実施の形態３である冷凍サイクル装置の構成図 本発明の実施の形態３である冷凍サイクル装置の制御フローチャート 本発明の実施の形態４である冷凍サイクル装置の構成図 本発明の実施の形態４である冷凍サイクル装置の制御フローチャート 本発明の実施の形態１である冷凍サイクル装置の他の例の構成図 従来の冷凍サイクル装置の構成図

符号の説明

１ 冷媒水熱交換器
２ 絞り手段
３ 絞り手段
４ 圧縮機
５ 蒸発器
６ ヒータコア
１０ 圧縮機
１１ 放熱器
１２ 第１の減圧器
１３ 第１の熱交換器
１４ 内部熱交換器
１５ 第２の減圧器
１６ 第２の熱交換器
１７ ダンパー
１８ 第２の熱交換器冷媒温度検出手段
１９ 冷媒水熱交換器
３０ ポンプ
３１ ヒータコア
３２ ラジエータ
３３ 動力機関
３４ 吐出圧力検出手段
３５ 圧縮機運転周波数検出手段
３６ 雰囲気温度検出手段
３７ 雰囲気湿度検出手段
１００ 開度制御手段

Claims (17)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   外気と前記冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、
   外気と前記冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器と、
   前記第２の熱交換器の下流側に設けられた、開度が可変の第１の減圧器と、
   前記第２の熱交換器の上流側に設けられた、開度が可変の第２の減圧器と、
   前記第１の減圧器と前記圧縮機との間に設けられた放熱のための第３の熱交換器と、
   前記第２の熱交換器内の冷媒の温度に関連する関連情報に基づき、前記第１の減圧器および前記第２の減圧器の開度を制御する開度制御手段とを備えた冷媒サイクルの運転装置。
2. 前記開度制御手段は、前記第１の減圧器の開度が前記第２の減圧器の開度よりも小さくなった状態が保たれるように、前記制御を行う、請求項１に記載の冷媒サイクルの運転装置。
3. 前記開度制御手段は、前記第１の減圧器の開度はより小さく、前記第２の減圧器の開度はより大きくなるように前記制御を行う、請求項２に記載の冷媒サイクルの運転装置。
4. 前記開度制御手段は、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度または前記第２の熱交換器の温度を前記関連情報として検出する温度検出手段を有し、
   前記冷媒の温度が所定の温度以下になった場合、前記制御を行う、請求項３に記載の冷媒サイクルの運転装置。
5. 前記開度制御手段は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出手段を有し、
   前記圧力が所定の値以上になった場合、前記制御を行う、請求項３に記載の冷媒サイクルの運転装置。
6. 前記開度制御手段は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出手段を有し、
   前記圧力検出手段が検出した圧力に基づき前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御手段をさらに備え、
   前記開度制御手段は、前記圧力が所定の値以上になった場合、前記第１の減圧器の開度をより大きくする制御を行い、
   前記圧縮機回転数制御手段は、前記圧力が前記所定の値以上になった場合、前記圧縮機の回転数をより小さくする制御を行う、請求項４に記載の冷媒サイクルの運転装置。
7. 前記開度制御手段は、前記第２の熱交換器の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段および前記第２の熱交換器の雰囲気湿度を検出する雰囲気湿度検出手段をさらに有し、
   前記開度制御手段は、前記雰囲気温度および前記雰囲気湿度より求めた前記第２の熱交換器の露点温度と、前記第２の熱交換器の温度または前記第２の熱交換器内の冷媒温度とを比較して、
   前記露点温度が前記熱交換器の前記温度または前記冷媒温度よりも小さい場合は、前記第１の減圧器の開度はより大きく、前記第２の減圧器の開度はより小さくなるように制御を行い、
   前記露点温度が前記熱交換器の前記温度または前記冷媒温度よりも大きい場合は、前記第１の減圧器の開度はより小さく、前記第２の減圧器の開度はより大きくなるように前記制御を行う、請求項６に記載の冷媒サイクルの運転装置。
8. 前記第２の熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒流路と、前記第１の熱交換器と前記第２の減圧器との間の冷媒流路との間で熱交換を行う内部熱交換器をさらに備えた、請求項１に記載の冷媒サイクルの運転装置。
9. 前記第２の熱交換器が配置された空間内に配置された、前記空間と熱交換するヒータコアと、前記第３の熱交換器と熱交換する熱担体流路と、前記ヒータコアと前記熱担体流路とを介して熱担体を循環させる熱担体循環手段を少なくとも有する熱担体サイクルを、さらに備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の冷媒サイクル装置。
10. 冷媒を圧縮する圧縮機と、外気と前記冷媒とを熱交換させる第１の熱交換器と、外気と前記冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器の下流側に設けられた、開度が可変の第１の減圧器と、前記第２の熱交換器の上流側に設けられた、開度が可変の第２の減圧器と、前記第１の減圧器と前記圧縮機との間に設けられた放熱のための第３の熱交換器とを用い、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度に関連する関連情報に基づき、前記第１の減圧器および前記第２の減圧器の開度を制御する開度制御工程を備えた冷媒サイクルの運転方法。
11. 前記開度制御工程は、前記第１の減圧器の開度が前記第２の減圧器の開度よりも小さくなった状態が保たれるように、前記制御を行う、請求項１０に記載の冷媒サイクルの運転方法。
12. 前記開度制御手段は、前記第１の減圧器の開度はより小さく、前記第２の減圧器の開度はより大きくなるように前記制御を行う、請求項１１に記載の冷媒サイクルの運転方法。
13. 前記開度制御工程は、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度または前記第２の熱交換器の温度を前記関連情報として検出する温度検出工程を有し、
    前記冷媒の温度が所定の温度以下になった場合、前記制御を行う、請求項１２に記載の冷媒サイクルの運転方法。
14. 前記開度制御工程は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出工程を有し、
    前記圧力が所定の値以上になった場合、前記制御を行う、請求項１３に記載の冷媒サイクルの運転方法。
15. 前記開度制御工程は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の圧力を前記関連情報として検出する圧力検出工程を有し、
    前記圧力検出工程が検出した圧力に基づき前記圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御工程をさらに備え、
    前記開度制御工程は、前記圧力が所定の値以上になった場合、前記第１の減圧器の開度をより大きくする制御を行い、
    前記圧縮機回転数制御工程は、前記圧力が前記所定の値以上になった場合、前記圧縮機の回転数をより小さくする制御を行う、請求項１３に記載の冷媒サイクルの運転方法。
16. 請求項１に記載の冷媒サイクル運転装置の、前記第２の熱交換器内の冷媒の温度に関連する関連情報に基づき、前記第１の減圧器および前記第２の減圧器の開度を制御する開度制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
17. 請求項１７に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。

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