JP5543689B2 - 電気膨張弁を備える空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の空調装置に関する。

このタイプの空調装置は、冷却流体が順次循環するコンプレッサ、コンデンサ又はガス冷却器、膨張装置及び蒸発器を含む空調回路を備えている。

コンプレッサは、冷却流体を圧縮してそれを高圧にし、次にそれを、コンデンサに伝送し、そこで冷却される。膨張装置内で、冷却流体は、その圧力を低下させるように膨張される。次に低圧流体は、蒸発器を通過し、コンプレッサ内に戻る前に、そこで蒸発する。蒸発器を通り抜ける空気流は、冷却されるか、又は温度調節され、自動車の居住空間に向けて送られる。

膨張した流体の流量を制御するために、膨張装置として、電気膨張弁を使用することが知られている。

かかる膨張弁の開放度は、幾つかの作動パラメータに応じて調整された指令信号によって調節される。

例えば、蒸発器の出口に設けられているセンサによって提供される圧力及び温度測定に応じて、電気膨張弁の通過断面を調節することが知られている。しかし、蒸発器の出口で使用されるタイプの低圧センサは高価である。

一般的に言って、公知の装置は、空調の作動条件に応じて、電気膨張弁の開放度を最適化することはできず、かつ多数のセンサを使用するため、装置の全体的なコストは、著しく大となる。その上、かかる装置では、様々な個所において、センサを設けることを必要とし、そのため、装置は、より複雑に、かつ場所を占めるものとなる。

本発明は、空調回路を備えた自動車用の空調装置を改善することを目的としている。空調回路は、冷却流体が順次循環するコンプレッサ、コンデンサ又はガス冷却器、開放度が指令信号に応じて変化する電気膨張弁、及び蒸発器を備えている。応用例として、場合により、装置に内部交換器を設けることがある。装置は、選択された調節法則に応じて、蒸発器の過熱、又はコンデンサの過冷却に関する指令を調節するように、膨張弁の指令信号を制御できる制御ユニットを更に含んでいる。

コンプレッサの弁の指令信号は、次のことを可能にする。
− 最小限のセンサを有し、かつ最適な電気構造を得ること。
− 最大の最適性能係数（ＣＯＰ）を有すること。
− コンプレッサの送り出し、又は吸い込み温度を限定するために、装置を保護すること。

本発明は、最小数のセンサを使用して、空調の性能係数（ＣＯＰ）を、このようにして最適化すること、及びそれに伴い、装置のコストを減少させることを可能にする。

補足的又は代替的な、本発明の空調装置の任意的な特徴を、次にあげる。

− 制御ユニットは、指令の程度を、指令の程度の設定値と比較して、指令の程度の調節を行うことができる。

− 過熱に関する程度は、蒸発器のレベルでなされる２つの温度測定の間の差に対応している。

− ２つの温度測定は、蒸発器の入口及び出口での流体の温度に、それぞれ対応している。

− 装置は、２つの温度測定を提供できる、蒸発器の入口及び出口での流体と接触しうる２つの温度センサを備えている。

− ２つの温度測定は、蒸発器に広がる空気流の最高温度及び最低温度に、それぞれ対応している。

− 装置は、最高温度及び最低温度の測定をそれぞれ提供できる、蒸発器の放熱ひれ内、又は蒸発器の後方に配置された２つの温度プローブを有する。

− コンプレッサは、通過断面が指令信号に応じて変化する制御弁を備えた外部制御コンプレッサであり、制御ユニットは、温度測定に応じて計算される蒸発器の蒸発温度を調節するように、コンプレッサの指令信号を制御できる。

− 過冷却に関する程度は、冷却流体の過冷却温度に対応する。

− 装置は、過冷却温度の測定を提供できる、コンデンサの出口での流体と接触しうる温度プローブを含んでいる。

− 装置は、過冷却温度を測定するように、膨張弁の入口での流体と接触しうる温度プローブを含んでいる。

− コンプレッサは、外部制御であり、制御ユニットは、コンプレッサの出口での温度、及び送り出し圧力を、それぞれの所定の閾値未満に維持するように、膨張弁及びコンプレッサを更に制御できる。

− 過冷却に関する程度は、冷却流体の飽和温度、及び冷却流体の過冷却温度の間の差に対応している。

− 装置は、過冷却温度の測定を提供できる、膨張弁の入口での流体と接触して置かれる温度センサを含んでいる。

− 装置は、膨張弁の入口での圧力測定を提供できる、膨張弁の入口での流体と接触しうる圧力センサを備え、制御ユニットは、圧力測定から流体の飽和温度を評価できる。

− 過冷却に関する程度は、コンデンサの出口での圧力及び温度に対応する。

− 装置は、コンデンサの出口での流体の圧力を測定するために、コンデンサの出口に圧力センサを有する。

− 装置は、コンデンサの出口での流体の温度測定を提供できる温度センサを有し、制御ユニットは、センサによって提供される温度測定から、コンデンサの出口での圧力設定を評価できる。

− 温度センサは、コンデンサの出口で、流体と接触するようになっている。

− 空調回路は、内部交換器を更に含み、制御ユニットは、内部交換器の効率を更に調節するように、膨張弁を制御できる。

− 制御ユニットは、内部交換器の効率を調節するために、予め定められた閾値と、内部交換器の効率を比較できる。

− 制御ユニットは、冷却流体の高圧、及び過冷却温度の測定に応じて評価されるコンデンサ内の流体の質量流量から、内部交換器の効率の値を決定できる。

− 装置は、冷却流体の高圧及び過冷却温度を測定するために、コンデンサの出口に配置された温度及び圧力センサを含んでいる。

− 指令の程度の調節は、閉ループ調節である。

− 温度及び圧力測定は、コンプレッサの出口、又はコンデンサの入口若しくは出口、又は膨張弁の入口に配置された圧力及び温度センサによって行われる。

− 制御ユニットは、コンプレッサの吐き出し、又は吸い込み温度を限定するために、膨張弁又はコンプレッサの指令信号を管理する。

本発明は、冷却流体が順次循環するコンプレッサ、コンデンサ、開放度が指令信号に応じて変化する電気膨張弁、及び蒸発器を含む空調回路の調節方法であって、選択された調節法則に応じて、蒸発器の過熱又はコンデンサの過冷却に関する指令の程度を調節するように、膨張弁の指令信号を制御することを特徴とする方法を提案するものである。

本発明の他の特性及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面を検討すれば、理解しうると思う。

図面は、必要な諸要素を含んでいる。従って図面は、説明をより良く理解させることに役立つだけでなく、必要な場合には、本発明の定義に寄与しうるものである。

自動車に内蔵されるための、空調回路１０を示す図１を、最初に参照する。

この空調回路には、冷却流体、特にＲ−１３４ａ流体のような、未臨界サイクルに応じて機能するフッ化塩素流体が巡る。しかし、本発明は、かかる装置のための熱力学ループにおいて使用され、かつ超臨界サイクルに応じて機能する、あらゆる代替的な流体が巡る空調回路をカバーするものである。

空調回路１０には、冷却流体が順次循環するコンプレッサ１４、コンデンサ１１、膨張装置１２、及び蒸発器１３を含んでいる。

コンプレッサ１４は、ガス状態の流体を受け、かつそれを圧縮する。次に高圧冷却流体は、コンデンサ１１に移り、そこで冷却される。次に膨張装置１２は、蒸発器１３に移る前に、流体の圧力を低下させる。蒸発器１３内で、流体は、車両の居住空間内に送られる、蒸発器を横断する空気流を冷却又は温度調節するように、流体はガス状態にされる。

より正確には、コンデンサ１１には、冷却流体で採取される熱を排出することを可能にする空気流が通過する。コンデンサを横断する空気流は、幾つかの作動条件において、電動送風機群によって動かされる。コンデンサ１１内で、冷却流体は、最初に流体の温度を低下させるために、定圧で過熱低減を受け、次に定圧で凝縮を受ける。流体は次に、減圧器に液体を補給できるように過冷却される。

蒸発器１３の第１部分において、液体／蒸気混合物状態の流体は、全ての液体が蒸発するまで熱を吸収する。「過熱ゾーン」と呼ばれる蒸発器の第２部分において、完全に蒸発した流体は、過熱される。

回路は、膨張装置１２に向かうガスのコンデンサ１１からの循環流体が、コンプレッサ１４に向かう蒸発器１３からの循環流体に熱を移すことを可能にする、内部熱交換器９を、更に備えることがある。

ボンベ１８は、コンデンサ１１の出口に設けられ、そこから出る過剰の液体を貯蔵する。代替案として、ボンベ１８を、膨張装置１２の入口に設置できる。

コンプレッサ１４は、外部制御及び可変排気量のコンプレッサである。本発明は、他のタイプのコンプレッサ、例えばクラッチを有する内部制御コンプレッサに応用できるが、本発明は、外部制御及び可変排気量のコンプレッサに対して特に好適である。従って、説明の続きは、非限定的な例として、外部制御及び可変排気量のコンプレッサ１４を参照して行うこととする。

本発明によれば、膨張装置１２は、電気膨張弁である。電気膨張弁は、開放度が、指令信号に応じて変化する通過断面を有する。

図２は、自動車に装備するための、本発明による空調装置１００の第１の実施例を示す図である。装置は、図１に記載した空調回路１０を備えている。

従来のように、装置は、空調の作動パラメータを調節するための、図示しない空調指令装置を備えている。これらのパラメータは、利用者によって要求される快適条件によって決定され、かつ車両の居住空間に配置される制御盤に表示される。これらのパラメータは、外部条件及び空調回路上での測定値によって決まる。

空調指令装置は、幾つかの作動パラメータを計算するための空調計算器、空調の居住空間の快適性を調節するユニット、及び役割が蒸発温度の設定Ｔ_evapoconsを定めることである居住空間の制御盤を含んでいる。

本発明の装置は、選択された調節法則に応じて、蒸発器の過熱、又はコンデンサ１１の過冷却に関する指令の程度を調節するように、膨張弁１２の指令信号を制御するように構成された制御ユニット４０を含んでいる。

本発明による制御ユニット４０は、このように、蒸発器の出口での過熱、又は膨張弁１２の入口での過冷却を最適化するように、膨張弁１２を制御することを可能にする。

本発明は、蒸発器の出口での過熱、又は膨張弁１２の入口での過冷却を最適化するだけでなく、コンプレッサの入口又は出口での流体の温度を限定することもできる。本発明は、このように、蒸発器の温度間の最大不均衡を考慮して、過熱又は過冷却の設定を限定することができる。この不均衡は、利用者の快適性に対して、大きな影響を有することが知られている。従って、本発明では、この不均衡を間接的に制御して、空調回路の性能係数（ＣＯＰ）を最適化し、居住空間内の快適性を改善する。

図２及び図３は、膨張弁１２の作動が、選択された調節法則に応じて、蒸発器の過熱に関する程度を調節するように、制御ユニット４０によって制御される実施例を示す。

本発明のこの実施例において、蒸発器の過熱に関する程度は、蒸発器１３の過熱を示す、測定された温度の２つの測定間の差に対応する。

より正確には、図２で、過熱に関する程度は、蒸発器の出口での冷却流体の温度Ｔ_out及び蒸発器の入口での冷却流体の温度Ｔ_inの間の差（Ｔ_out−Ｔ_in）に対応する。温度Ｔ_out及びＴ_inは、図２の実施例によれば、冷却流体と接触して、それぞれ、蒸発器の出口及び蒸発器の入口に置かれる温度プローブ２４及び２２を使用して測定される。

図３の例において、蒸発器の過熱に関する程度は、過熱ゾーンのレベルで蒸発器１３を横断する空気の、蒸発器１３の最高温度Ｔ_max及び蒸発器１３の最低温度Ｔ_minの間の差（Ｔ_max−Ｔ_min）に対応する。

温度Ｔ_max及びＴ_minは、図３の実施例によれば、過熱ゾーンにおいて、それぞれ蒸発器１３の最も「熱い」ゾーン、及び最も「冷たい」ゾーン内で、蒸発器１３の放熱ひれ内、又は蒸発器１３の後方に設けられる、従来の構造の温度抵抗プローブ２３及び２１を使用して測定される。温度プローブの位置は、蒸発器１３のマッピング、すなわち蒸発器１３の温度配分によって決定される。

最も「熱い」ゾーンとは、最も高い温度を有する蒸発器１３の領域を意味し、最も「冷たい」ゾーンとは、最も低い温度を有する蒸発器１３の領域を意味する。

図３の例は、２つの温度センサを空調回路の導管内に挿入する必要なしに、蒸発器を横断する空気流の温度の不均衡を測定することを可能にし、かつそれ故に、流体の漏れを限定することができる。

本発明の第１の実施形において、制御ユニット４０は、適切な調節法則に応じて過熱に関する程度、すなわち、図２の場合の（Ｔ_out−Ｔ_in）、又は図３の場合の（Ｔ_max−Ｔ_min）を制御して、膨張弁１２の作動を調節する。

調節法則は、例えばＰＩＤ（比例積分微分）タイプの閉ループ調節であっても良い。この場合、制御ユニットは、過熱に関する程度の設定、すなわち、場合により（Ｔ_out−Ｔ_in）_cons又は（Ｔ_max−Ｔ_min）_consを決定し、次に、場合によりセンサ２４及び２２、又は２３及び２１によって提供される測定から決定されるような、過熱に関する程度を、この程度の設定と比較する。膨張弁１２の指令信号は、過熱に関する程度がその設定に達しない限り、次に調整される。

捕足的に、本発明は、コンプレッサ１４が、外部制御コンプレッサである時に、コンプレッサ１４を調節することを提案する。外部制御コンプレッサは、指令信号に応じてコンプレッサの排気量を調整する制御弁を備えている。

外部制御コンプレッサは、コンプレッサの蒸発温度Ｔ_evapoの測定、及びコンプレッサの蒸発温度の設定Ｔ_evapoconsの間の偏差（Ｔ_evapo−Ｔ_evapocons）の最小化に基づく、閉ループ調節、例えばＰＩＤタイプの調節の法則を使用して、従来制御されていた。蒸発温度の設定は、車両の乗員によって居住空間内で要求される標的温度を示す。

本発明は、選択されたコンプレッサの調節法則に応じて調節する、蒸発温度の値を計算するために、過熱に関する指令程度が作用させる温度の測定、すなわち、図２の場合にＴ_in及びＴ_out、又は図３の場合にＴ_min及びＴ_maxを使用して、外部制御コンプレッサ１４のかかる調節法則を利用することを予定している。

このように、図２に示す例において、蒸発温度の値Ｔ_evapoは、下記法則：
Ｔ_evapo＝ｘ．Ｔ_in＋（１−ｘ）．Ｔ_out．
（式中、ｘは、蒸発器を横断する空気の温度を評価するために実験によって得られたか、又は計算された係数である）により、蒸発器の出口での冷却流体の温度Ｔ_out、及び蒸発器の入口での冷却流体の温度Ｔ_inに応じて計算される。

図３に示す例において、蒸発温度Ｔ_evapoは、下記法則：
Ｔ_evapo＝ｘ．Ｔ_min＋（１−ｘ）．Ｔ_max．
（式中、ｘは、蒸発器を横断する空気の温度を評価するために、実験によって得られたか、又は計算された係数である）により、蒸発器の過熱ゾーンで測定される空気の最高温度の値Ｔ_max及び空気の最低温度の値Ｔ_minを使用して計算される。

このように、図３の例によって得られる蒸発温度の値は、蒸発器後方の空気の平均温度を示す。

その場合、制御ユニット４０は、居住空間の制御盤によって提供される、蒸発温度のこのようにして計算値Ｔ_evapo、及び蒸発温度の設定Ｔ_evapoconsの間の偏差を最小化するように、コンプレッサの例えばＰＩＤタイプの従来の調節を利用できる。

次に、図２の例による膨張弁１２、及び外部制御コンプレッサの制御を示す、図４の機能系統図を参照する。この機能系統図は、パラメータＴ_inをＴ_minと、かつパラメータＴ_outをＴ_maxと置き換えて、図３の実施例に同じように適用される。

ステップ３００で、制御ユニット４０は、過熱に関する程度の設定（Ｔ_out−Ｔ_in）_consを決定する。この設定は、過熱及び最適性能係数（ＣＯＰ）の間の関係を示す曲線に応じて決定される。この設定は、用いられる冷却流体に応じて変化する。Ｒ１３４Ａ流体に関しては、それは、約１２℃〜１５℃である。

ステップ３０１で、制御ユニット４０は、次に温度Ｔ_out及びＴ_inの測定から、過熱に関する程度（Ｔ_out−Ｔ_in）を決定する。

ステップ３０２で、制御ユニットは、次にステップ３０１で決定された過熱に関する程度を、ステップ３００で得られたその設定と比較する。膨張弁１２の指令信号は、過熱に関する程度がその設定に達しない限り、次にステップ３０２（ＰＩＤ調節）で調整される。

それと並行して、制御ユニット４０は、蒸発温度Ｔ_evapoを調節するように、コンプレッサ１４を制御する。

このようにして、ステップ３０１で、制御ユニット４０は、温度Ｔ_out及びＴ_inの測定から蒸発温度を決定する。

ステップ３１２で、制御ユニットは、次にステップ３１０で得られた蒸発温度の値Ｔ_evapoを、居住空間の制御盤によって提供されるその設定Ｔ_evapoconsと比較する。コンプレッサ１４の指令信号は、過熱に関する程度が、その設定に達しない限り、次に、ステップ３１２（ＰＩＤ調節）で調整される。

第１の実施例において、制御ユニット４０は、膨張弁１２、及び必要な場合、コンプレッサ１４を制御するために、コンプレッサ１４の出口での冷却流体の送り出しパラメータの値を使用できる。装置は、そのために、コンデンサの入口での冷却流体の送り出し圧力Ｐｒ、及び送り出し温度Ｔｒを測定するために、コンプレッサ１４の出口、又はコンデンサ１１の入口に配置された温度及び圧力センサ２０を備えている。センサ２０によって提供されるこれらのパラメータの値Ｐｒ及びＴｒは、次に閾値と比較され、かつこの比較の結果に応じて、膨張弁１２の作動、及び必要な場合、コンプレッサ１４のそれが適応する。このようにして、例えば、制御ユニットは、センサ２０によって測定された値が、そのそれぞれの閾値よりも大きいと決定されると、膨張弁１２の開放を増加し、かつ膨張弁１２の開放度が、所定の開放閾値よりも大きいと、コンプレッサ１４の容量を減少させる。このことは、送り出しパラメータＰｒ及びＴｒを許容可能なレベルに維持することを可能にする。

もう１つの例によれば、第１段階で、コンプレッサ１４の排気量を減少させることが可能である。排気量が、決定された閾値に減少する時、膨張弁１２の開放度を増加し始める。

従って本発明の第１の実施例は、膨張弁１２、及び必要な場合、コンプレッサ１４を制御するために、３つのセンサしか使用しない。

さらに、この第１の実施形による装置は、膨張弁１２及びコンプレッサ１４を制御するために、蒸発器１３の出口で圧力センサを使用せず、そのため、装置のコストを減少させることができる。

第１の実施例は、内部交換器を備える空調回路１０を備えていた。しかし、内部交換器を有しない空調回路にも同様に適用しうる。

次に、本発明の第２の実施例を示す図５〜図９を参照する。

この第２の実施例において、制御ユニット４０は、選択された調節法則に応じて、膨張弁１２の入口での過冷却に関する指令の程度を調節するように、膨張弁１２の指令信号を制御する。膨張弁１２の入口での過冷却の調節は、蒸発器１３の出口での過熱に間接的に作用することを可能にする。

図５及び図６に示した例において、制御ユニットは、過冷却に関する程度のように、冷却流体の温度Ｔｓｃを調節する。

特に、図５の例において、冷却流体の過冷却温度Ｔｓｃは、膨張弁１２の入口での冷却流体の温度に対応する。

この温度は、膨張弁１２の入口に置かれた温度プローブ２９を使用して測定できる。

制御ユニット４０は、選択された調節法則、例えばＰＩＤタイプの閉ループ調節法則に応じて、温度Ｔｓｃを調節するように膨張弁１２を制御する。そのために、制御ユニット４０は、膨張弁１２の入口での流体温度の設定Ｔｓｃ_consを決定し、次にセンサ２９によって提供される温度Ｔｓｃの測定、及び温度の設定Ｔｓｃ_consの間の偏差を減少させるように、膨張弁１２の開放を制御する。Ｔｓｃ_consは、過冷却及び最適性能係数（ＣＯＰ）の間の関係に応じて決定される。Ｔｓｃ_consの制御は単純である。

その上、温度及び圧力センサ２０は、第１の実施形と同じように、コンプレッサ１４の出口で、補足で使用できる。

図６の例において、冷却流体の過冷却温度Ｔｓｃは、コンデンサ１１の出口での冷却流体の温度に対応する。この温度は、コンデンサ１１の出口に置かれる温度プローブ２６を使用して測定できる。

制御ユニット４０は、圧力が、センサ２６によって測定された温度に対して、決定された法則、例えばＰＩＤタイプの閉ループ調節法則と相関関係にあるために、センサ２０によって測定された圧力を調節するように、膨張弁１２を管理する。

図７及び図８は、制御ユニット４０が、コンプレッサ１４の吸い込み及び送り出し温度を限定するように、内部交換器の性能を更に制御するか、又は制御ユニット４０が、過冷却に関する指令程度の調節の他に、冷却流体の質量流量Ｍｃから内部交換器の性能を制御する、第２の実施例の簡略化された例を示す。

より正確には、図７の実施例において、制御ユニット４０は、選択された調節法則に応じて冷却流体の高圧ＨＰを調節するように膨張弁１２を制御する。制御ユニット４０は、膨張弁１２の作動を更に調整するために、内部交換器９の効率Ｅ_IHXを制御する。

制御ユニット４０は、選択された調節法則、例えばＰＩＤタイプの閉ループ調節法則に応じて、高圧ＨＰの測定をその設定値ＨＰ_consと比較し、高圧ＨＰの調節を行い、かつこの比較の結果に応じて、電気膨張弁１２に作用する。

この実施態様において、高圧ＨＰの測定は、コンデンサ１１の出口での冷却流体の圧力を提供する、コンデンサ１１の出口に置かれたセンサ２７により得られる。制御ユニット４０は、コンデンサの出口での冷却流体の温度Ｔｓｃの測定から、高圧の設定ＨＰ_consを計算する。この応用例において、冷却流体の温度Ｔｓｃ及び圧力ＨＰを同時に提供する、コンデンサ１１の出口に置かれた単一の温度及び圧力センサ２７を使用することを可能にするので、コンデンサ１１の出口での温度Ｔｓｃを同様に測定することが好適である。

過冷却ＳＣは、次の式：
ＳＣ＝Ｔｓａｔ（ＨＰ）−Ｔｓｃ
（式中、冷却流体の飽和温度Ｔｓａｔは、膨張弁１２の入口での冷却流体の圧力ＨＰによって決定される）に従って、冷却流体の飽和温度Ｔｓａｔ、及び減圧器の入口での温度Ｔｓｃの間の差に対応する。

制御ユニット４０は、選択された調節法則、例えばＰＩＤタイプの閉ループ調節法則に応じて、過冷却の計算値ＳＣをその設定値ＳＣ_consと比較し、過冷却ＳＣの調節を行う。次に制御ユニット４０は、この比較の結果に応じて、膨張弁１２に作用する。

過冷却の値ＳＣにより、冷却流体の過冷却温度Ｔｓｃの測定、及び膨張弁１２の入口での冷却流体の高圧ＨＰの測定を行うように、コンデンサ１１の出口に置かれたセンサ２７により得られる。高圧の測定は、冷却流体の飽和温度Ｔｓａｔを決定することを可能にする。

図７及び図８の２つの実施例において、制御ユニット４０は、内部交換器９の効率Ｅ_IHXを、効率限界Ｌ_IHXと比較して、内部交換器９の効率Ｅ_IHXを補足的に調節できる。制御弁の作動は、効率Ｅ_IHXが効率限界Ｌ_IHXを超えることを、比較の結果が示す時に調整される。

膨張弁１２を制御するために、内部交換器９の効率Ｅ_IHXを考慮に入れることによって、過度に高いコンプレッサの送り出し温度からの保護を保証でき、かつコンプレッサの吸い込み圧力を限定できるようになる。そのために、内部交換器９の効率は、冷却流体の流量から評価される。

図７の装置によれば、質量流量Ｍｃは、コンデンサモデルから、従って測定がセンサ２７によって提供される高圧ＨＰ、及び周囲温度の過冷却温度Ｔｓｃから計算できる。

図８の実施例によれば、制御ユニット４０は、コンプレッサ１４の吸い込み及び送り出し温度を限定するために、冷却流体の過冷却及び内部交換器９の効率を調節するように、膨張弁１２を管理する。

図８の装置において、制御ユニット４０は、冷却流体の質量流量Ｍｃを計算して、内部交換器９の効率Ｅ_IHXを評価できる。流量Ｍｃは、例えば次の関係：
Ｍｃ＝Ｋｖ．［２ρ．（ＨＰ−ＬＰ）］^1/2
（式中、ρは、流体の密度であり、かつＬＰは、コンプレッサの制御法則に応じて評価できる低圧を表す）に応じて計算できる。

内部交換器９の効率の値Ｅ_IHXは、次に冷却流体の質量流量の計算値Ｍｃから、実験によって、又はシミュレーションによって評価できる。例えば、値Ｅ_IHXは、図１１と同じような図表を使用して決定できる。

図１１は、内部交換器の効率Ｅ_IHXを、流体の流量Ｍｃに結び付ける変化の法則例を示す。図１１は、効率Ｅ_IHXが、流体の流量Ｍｃに応じて減少すること、及び所与の値Ｍｃ₍₀₎に、曲線上の単一の値Ｅ_IHX(0)が対応することを、特に示している。

従って、制御ユニット４０は、冷却流体の流量の計算値Ｍ_cから、かかる図表の内部交換器の効率Ｅ_IHXの評価を引き出すことができる。

図９は、空調回路が、内部交換器を備えない図８の簡略化した例を表す。

この例において、冷却流体の備蓄を確実に行い、減圧器に液体を補給するか、又は有害な酸及び異物粒子を除去するために、脱水槽１６が、コンデンサ１１の出口に設けることができる。

この例において、図７及び図８を参照して記載したように、過冷却ＳＣの調節、又は圧力ＨＰの調節を行うために、コンデンサ１１の出口に、温度及びセンサ３０を設けてある。内部交換器がないので、内部交換器の効率の補足調節、又はコンプレッサ１４の出口での送り出し圧力、及び温度の調節を行うには及ばない。このようにして、この例では、２つのセンサ、すなわち、膨張弁１２を制御するために使用される温度及び圧力センサ３０、及びコンプレッサ１４を制御するために使用される温度プローブ２５しか存在しない。

次に、図７の例による膨張弁１２及び外部制御コンプレッサの制御を示す図１０の機能系統図を参照する。

ステップ３２２で、制御ユニット４０は、ステップ３２０でセンサ２７によって提供される温度Ｔｓｃの測定から、過冷却に関する程度ＨＰの設定ＨＰ_consを決定する。

ステップ３２４で、制御ユニット４０は、センサ２７の程度ＨＰの測定を受ける。

ステップ３２６で、制御ユニットは、この測定ＨＰを、ステップ３２２で得られたその設定ＨＰ_consと比較する。ステップ３２６（ＰＩＤ調節）で、膨張弁１２の指令信号は、程度ＨＰがその設定に達しない限り、次に調整される。

補足として、制御ユニット４０は、内部交換器９の効率Ｅ_IHXを効率限界Ｌ_IHXと比較して、ステップ３３０で、内部交換器９の効率Ｅ_IHXを制御する。ステップ３２８で、制御ユニット４０は、コンデンサモデルによって流体の流量Ｍｃを予め評価し、評価された流体の流量Ｍｃから効率Ｅ_IHXを評価し、かつ効率限界Ｌ_IHXを決定する。制御弁の作動は、効率Ｅ_IHXが効率限界Ｌ_IHXを超えることを、比較の結果が示す時に調整される。

それと並行して、制御ユニット４０は、蒸発温度Ｔ_evapoを調節するようにコンプレッサ１４を制御する。制御ユニット４０は、ステップ３５０で、蒸発温度の値Ｔ_evapoを、居住空間の制御盤によって提供されるその設定値Ｔ_evapoconsと比較する。コンプレッサ１４の指令信号は、過熱に関する程度がその設定に達しない限り、次に調整される。

図１２の機能系統図は、図８の例による膨張弁１２、及び外部制御コンプレッサの制御を示す。

この例において、ステップ３４０で、制御ユニット４０は、試験又はシミュレーションの結果によって作成された表により、過冷却の設定ＳＣ_consを決定する。ＳＣ_consは、最適性能係数（ＣＯＰ）の最大に対応する。

ステップ３４２において、制御ユニット４０は、次にセンサ２８によって提供される、膨張弁１２の入口での高圧ＨＰの測定及び温度Ｔｓｃの測定から、過冷却の値ＳＣを計算する。

ステップ３４４で、制御ユニットは、次にこの値ＳＣを、その設定ＳＣ_consと比較する。膨張弁１２の指令信号は、過熱に関する程度がその設定に達しない限り、次に調整される。

制御ユニット４０は、図７を参照して記載したように、内部交換器９の効率Ｅ_IHX及びコンプレッサ１４を補足で制御できる。

従って、本発明は、性能係数（ＣＯＰ）を最適化し、かつ空調回路内に最小数のセンサを使用して、電気膨張弁１２及び必要な場合、外部制御コンプレッサ１４を制御することを可能にする。特に、本発明は、蒸発器の出口での圧力センサの使用を回避すること、及びこのようにして装置のコストを減少させることを可能する。

先に説明した種々の実施態様によれば、装置は、内部交換器を含んでいる。更に、記載された例では、コンデンサを内蔵する回路を取り上げた。しかしながら、本発明は、ガス冷却器を備えた回路も同様にカバーするものである。

このように、本発明は、例として先に記載された実施態様に限定されず、かつ内部交換器を有しないか、又はガス冷却器を備える装置をも同様にカバーする。

本発明の装置において使用される空調回路の図である。 本発明の第１の実施形による空調装置の図である。 図２の装置の応用例を示す図である。 図２に示した本発明の第１の実施形の機能系統図である。 本発明の第２の実施形による空調装置の図である。 図５の装置の実施応用例を表す図である。 図５の装置の実施応用例を表す図である。 図５の装置の実施応用例を表す図である。 図５の装置の実施応用例を表す図である。 図７に示した本発明の実施応用例の機能系統図である。 コンデンサ内の流体の質量流量Ｍｃに応じた効率Ｅ_IHXの変化を表す図表である。 図８に示した本発明の実施応用例の機能系統図である。

符号の説明

９ 内部熱交換器
１０ 空調回路
１１ コンデンサ
１２ 膨張装置
１３ 蒸発器
１４ コンプレッサ
１６ 脱水槽
１８ ボンベ
２０ センサ
２１ センサ
２２ センサ
２３ センサ
２４ センサ
２５ センサ
２６ センサ
２７ センサ
２８ センサ
２９ センサ
３０ センサ
４０ 制御ユニット
１００ 空調装置

Claims (25)

1. コンプレッサ（１４）と、
   コンデンサ（１１）又はガス冷却器と、
   開放度が指令信号に応じて変化する電気膨張弁（１２）と、
   蒸発器（１３）と、
   前記コンプレッサ（１４）を循環する冷却流体と、
   前記蒸発器（１３）から前記コンプレッサ（１４）に循環する前記冷却流体を用いて熱の交換をするために、前記コンデンサ（１１）又は前記ガス冷却器から前記電気膨張弁（１２）に前記冷却流体を循環させる内部交換器（９）
   とを含む空調回路を備える自動車用の空調装置であって、
   前記コンプレッサ（１４）の出口、及び／又は前記コンデンサ（１１）又は前記ガス冷却器の入口での温度と圧力を測定するために、前記コンプレッサ（１４）の出口、及び／又は前記コンデンサ（１１）又は前記ガス冷却器の入口に配置された前記温度及び圧力センサ（２０）と、
   選択された調節法則に応じて前記蒸発器（１３）の過熱又は前記コンデンサ（１１）の過冷却に関する指令の程度を調節するために、および前記内部交換器（９）の効率を制御するために、前記温度及び前記圧力センサ（２０）によって測定された温度及び圧力の測定値に基づいて前記電気膨張弁（１２）に対する前記指令信号を生成する制御ユニット（４０）
   とを更に備えることを特徴とする空調装置。
2. 制御ユニット（４０）は、前記指令の程度の設定値と比較して、指令の程度の調節を行うことができるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
3. 過熱の程度は、蒸発器（１３）の入口及び出口における流体の温度にそれぞれ対応する、２つの温度測定の間の差に対応していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. ２つの温度測定を提供できるように、蒸発器の入口及び出口での流体と接触するように設けられている２つの温度センサ（２２、２４）を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 過熱に関する程度は、蒸発器（１３）に広がる空気流の最高温度及び最低温度にそれぞれ対応する２つの測定温度の差に対応していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 最高温度及び最低温度の測定をそれぞれ行いうる、蒸発器（１３）の放熱ひれ内、又は蒸発器（１３）の後方に、２つの温度プローブ（２１、２３）が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. コンプレッサ（１４）は、通過断面が指令信号に応じて変化する制御弁を備える外部制御コンプレッサであり、制御ユニット（４０）は、蒸発器（１３）の蒸発温度を調節するか、またはコンプレッサ（１４）の送り出し又は吸い込み温度を限定するように、コンプレッサ（１４）の指令信号を制御することができ、蒸発温度は、前記温度測定に応じて計算されるようになっていることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の装置。
8. 過冷却に関する程度は、冷却流体の過冷却温度に対応していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
9. コンデンサ（１１）の出口での流体と接触するように温度プローブ（２６）が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 過冷却温度を測定しうるように、膨張弁（１２）の入口における流体と接触しうる温度プローブ（２９）が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
11. コンプレッサ（１４）は、通過断面が指令信号に応じて変化する制御弁を備える外部制御であり、かつ制御ユニット（４０）は、コンプレッサ（１４）の出口での温度及び送り出し圧力を、それぞれの所定の閾値未満に維持するように、膨張弁及びコンプレッサを制御できるようになっていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の装置。
12. 過冷却に関する程度は、冷却流体の飽和温度及び冷却流体の過冷却温度の間の差に対応していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
13. 過冷却温度を測定しうるように、膨張弁（１２）の入口における流体と接触しうるようになっている温度センサ（２８）を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 膨張弁（１２）の入口での圧力測定を行いうるように、膨張弁（１２）の入口における流体と接触しうる圧力センサ（２８）を含み、かつ制御ユニット（４０）は、前記圧力測定から流体の飽和温度を評価できるようになっていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 過冷却の程度は、コンデンサ（１１）の出口での圧力及び温度に対応していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
16. コンデンサ（１１）の出口での流体の圧力を測定するために、コンデンサの出口に圧力センサ（２７）を設けてあることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. コンデンサ（１１）の出口での流体の温度測定を行いうる温度センサ（２７）を含み、及び制御ユニットは、センサによって行われる温度測定により、コンデンサの出口での圧力設定を評価しうるようになっていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の装置。
18. 温度センサ（２７）は、コンデンサ（１１）の出口で、流体と接触するようになっていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 空調回路は、内部交換器（９）を更に備え、制御ユニットは、内部交換器の効率を更に調節するように、膨張弁を更に制御できるようになっていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
20. 制御ユニットは、内部交換器（９）の効率を調節するために予め定義された閾値と、内部交換器の効率を比較できるものであることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 制御ユニットは、冷却流体の高圧及び過冷却温度の測定に応じて評価される流体の質量流量から、内部交換器（９）の効率の値を決定できるようになっていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の装置。
22. 冷却流体の高圧及び過冷却温度を測定するために、コンデンサの出口に、温度及び圧力センサ（２７）を設けてあることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 指令の程度の調節は、閉ループ調節であることを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の装置。
24. 制御ユニットは、コンプレッサの吐き出し又は吸い込み温度を限定するために、膨張弁又はコンプレッサの指令信号を管理するようになっていることを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の装置。
25. コンプレッサ（１４）と、コンデンサ（１１）又はガス冷却器と、開放度が指令信号に応じて変化する電気膨張弁（１２）と、蒸発器（１３）と、前記コンプレッサ（１４）を循環する冷却流体と、前記蒸発器（１３）から前記コンプレッサ（１４）に循環する前記冷却流体を用いて熱の交換をするために、前記コンデンサ（１１）又は前記ガス冷却器から前記電気膨張弁（１２）に前記冷却流体を循環させる内部交換器（９）とを含む空調回路の調節方法であって、
    前記コンプレッサ（１４）の出口、及び／又は前記コンデンサ（１１）又は前記ガス冷却器の入口に配置された前記温度及び圧力センサ（２０）は、前記コンプレッサ（１４）の出口、及び／又は前記コンデンサ（１１）又は前記ガス冷却器の入口での温度と圧力を測定し、制御ユニット（４０）は、選択された調節法則に応じて前記蒸発器（１３）の過熱又は前記コンデンサ（１１）の過冷却に関する指令の程度を調節するために、および前記内部交換器（９）の効率を制御するために、前記温度及び前記圧力センサ（２０）によって測定された温度及び圧力の測定値に基づいて前記電気膨張弁（１２）に対する前記指令信号を生成することを特徴とする方法。

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