冷凍機
【課題】可変容量型コンプレッサの吐出量制御と電気式膨脹弁の弁開度制御とが互いに干渉し合うことなく、最適なＣＯＰを達成することができる冷凍機を提供することにある。
【解決手段】冷凍機は、電気式膨脹弁１６の弁開度を制御するコントローラ２０を備え、コントローラ２０は高圧側冷媒が超臨界状態にあるとき、ガスクーラ出口の高圧側冷媒の温度ＴＧが最適なＣＯＰを達成する目標温度ＴＴＧに一致すべく、膨脹弁１６の弁開度を制御する。
【解決手段】冷凍機は、電気式膨脹弁１６の弁開度を制御するコントローラ２０を備え、コントローラ２０は高圧側冷媒が超臨界状態にあるとき、ガスクーラ出口の高圧側冷媒の温度ＴＧが最適なＣＯＰを達成する目標温度ＴＴＧに一致すべく、膨脹弁１６の弁開度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の空調システムに組み込まれる冷凍機に係わり、特に、冷媒に二酸化炭素を使用する冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この主の車両用空調システムのための冷凍機は、冷媒循環経路中に介挿された可変容量型のコンプレッサ、ガスクーラ、電気式膨張弁及び蒸発器を備え、ガスクーラ出口での高圧側冷媒の圧力を臨界圧以上に維持した状態で運転される（特許文献１，２）。
具体的には、特許文献１，２の冷凍機にあっては、最適なＣＯＰ（成績係数）を達成するため、高圧側冷媒の圧力をその目標圧に維持すべく電気式膨張弁の弁開度が制御されている。
【特許文献１】特開平11-304268号公報
【特許文献２】特開2002-22288号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の特許文献の冷凍機が最適なＣＯＰを達成すべく運転されていたとしても、負荷変動により車室の温度がその設定温度を超えて上昇すれば、これに応じて、可変容量型のコンプレッサは冷凍能力を高めるべく、その吐出容量を調整する。このため、高圧側冷媒の圧力はその目標圧から外れ、これを補償すべく電気式膨張弁はその弁開度を調整し、コンプレッサの吸入側、つまり、低圧側冷媒の圧力を変化させてしまう。
【０００４】
このようにコンプレッサは要求される冷凍能力、即ち、低圧側冷媒の圧力に応じて吐出量を可変し、これに対し、膨張弁は高圧側冷媒の圧力により弁開度を調整することから、高圧側及び低圧側の双方にて冷媒の圧力を変動させる。
上述の圧力変動を避けるため、特許文献１の冷凍機にあっては電気式膨張弁の弁開度制御とコンプレッサの容量制御と同時に実施しないようにしているものの、冷媒に対する制御の対象が何れも圧力であるため、高圧側冷媒及び低圧側冷媒の一方の圧力が制御されれば、その他方の側での圧力の変動を必然的に伴い、冷凍機の運転を不安定させる要因となる。
【０００５】
また、車室内の設定温度がその目標値よりも低下するような状況を考えると、この場合、コンプレッサはその吐出量を減少させ、これは低圧側冷媒の圧力を上昇させる一方、高圧側冷媒の圧力を低下させる。このような高圧側冷媒の圧力低下は最適なＣＯＰを達成する目標圧からの外れを意味することから、電気式膨張弁はその弁開度を小さくし、高圧側冷媒の圧力を目標圧まで上昇させる。これに伴い、低圧側冷媒の圧力が低下するので、蒸発器での冷媒の蒸発温度が低下し、そして、これを補償するため、コンプレッサがその吐出量を更に減少させることになり、上述の不所望な作動が繰り返される。従って、最終的に電気式膨張弁は全閉状態となり、コンプレッサがその最小吐出量で駆動されてしまう事態となる。
【０００６】
このような事態に至ると、この後、車室内の温度が設定温度よりも大きく低下するので、コンプレッサはその吐出量を増加させようとし、上述の動作が逆向きに繰り返される。この結果、冷媒の圧力制御が収束せず、発散してしまい、冷媒の圧力を著しく変動させる。
更に、特許文献１，２の冷凍機にあっては何れも、高圧側冷媒の圧力が臨界圧以上にあるとき、最適なＣＯＰを達成すべく電気式膨張弁の弁開度を制御しているが、冷凍機の実際の運転に際しては、高圧側冷媒の圧力が臨界圧よりも低くなることも考えられ、このような状況下での制御の確立が望まれている。
【０００７】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、冷媒の不所望な圧力変動を抑制し、超臨界及び亜臨界の状態にあっても最適なＣＯＰを達成することができる冷凍機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の冷凍機は、高圧経路部分と低圧経路部分に分けられる冷媒の循環経路と、高圧経路部分に介挿され、冷媒を圧縮して吐出する可変容量型のコンプレッサと、高圧経路部分に前記コンプレッサの下流に位置して介挿され、コンプレッサから吐出された高圧側冷媒を冷却するガスクーラと、高圧経路部分の上流端と低圧経路部分の下流端との間に設けられた開口を有し、この開口の開度を調整可能とした膨張手段と、低圧経路部分に介挿され、膨張手段の開口から流出した低圧側冷媒を蒸発させ、調和空気を冷却する蒸発器と、この蒸発器から供給されるべき調和空気の設定温度を設定する調和温度設定手段と、調和空気の実温度を検出する空気温度検出手段と、高圧経路部分内の高圧側冷媒の実温度を検出する冷媒温度検出手段と、高圧経路部分内の高圧側冷媒の実圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、膨張手段における開口の開度を制御する制御装置とを備え、この制御装置は、高圧側冷媒の実圧力に基づき、高圧側冷媒の目標温度を演算する目標温度演算手段と、高圧側冷媒の目標温度とその実温度との間の偏差に基づき、膨張手段における開口の目標開度を設定する開度設定手段と、目標開度に基づいて、膨張手段に開度信号を出力する開度信号出力手段とを含む（請求項１）。
【０００９】
具体的には、制御装置は、調和空気の目標温度とその実温度との間の偏差に基づき、コンプレッサの目標吐出量を演算する吐出量演算手段と、この目標吐出量に基づき、コンプレッサに容量信号を出力する容量信号出力手段とを更に含むことができる（請求項２）。
上述の請求項１，２の冷凍機によれば、膨張手段における開口の開度が高圧側冷媒の圧力ではなく、高圧側冷媒の目標温度にその実温度を一致させるべく制御されるので、ここでの開度制御がコンプレッサの吐出量制御と干渉することはない。
【００１０】
また、制御装置は、コンプレッサの吐出量が許容最大値若しくはその近傍に維持されているとき、高圧側冷媒の目標圧を演算する目標圧演算手段と、この目標圧に基づいて、膨張手段に開度信号を出力する第２開度信号出力手段とを更に含むことができる（請求項３）。
更に、制御装置は、コンプレッサの吐出量が最小値若しくはその近傍に維持されているとき、膨張手段に所定の開度信号を出力する第３開度信号出力手段を更に含むことができ（請求項４）、この場合、所定の開度信号は全開度信号であるのが望ましい（請求項５）。
【００１１】
請求項３〜５の冷凍機によれば、膨張手段における開口の開度が高圧側冷媒の目標圧に基づく開度信号又は所定の開度信号により制御されても、このとき、コンプレッサの吐出量は実質的に可変されることがなく、開度制御がコンプレッサの吐出量制御と干渉することはない。
更に、開度設定手段は、高圧側冷媒の実圧力が臨界圧以上にあるときに膨張手段の目標開度を設定し、高圧側冷媒の実圧力が臨界圧よりも低いときには目標開度として所定の固定開度を設定する（請求項６）。
【００１２】
高圧側冷媒の実圧力が臨界圧よりも低い場合、膨張手段の開口開度を変化させても、ガスクーラ及び蒸発器における能力の増減が互いに打ち消し合うことから、開口開度を冷凍機に固有の固定開度することで、実質的に最適なＣＯＰが達成される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜５の冷凍機は、膨張手段における開口の開度制御とコンプレッサの吐出量制御とを互いに干渉させないので、これら開度制御及び吐出量制御を実施するにあたり、制御の発散やハンチングを伴うことなく冷媒の圧力変動を効果的に抑制でき、最適なＣＯＰの達成が可能となる。
請求項６の冷凍機は、高圧側冷媒の圧力が臨界圧よりも低い亜臨界状態にあっても、膨張手段の開口開度を固定開度にするだけで、最適なＣＯＰが得られ、亜臨界状態での制御が頗る簡単なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、車両用空調システムに組み込まれる冷凍機を概略的に示し、この冷凍機は冷媒として、例えば二酸化炭素を使用する。この種の冷凍機の基本構成は公知であり、それ故、冷凍機の基本構成については以下に簡単に説明する。
冷凍機は冷媒の循環経路２を備え、この循環経路２は高圧経路部分２ａと、低圧経路部分２ｂとに区分される。高圧経路部分２ａには可変容量型のコンプレッサ４が介挿され、このコンプレッサ４は電磁クラッチ６を介してエンジン８に接続され、このエンジン８からの動力が電磁クラッチ６を経て伝達されることで駆動される。
【００１５】
また、高圧経路部分２ａにはガスクーラ１０が介挿されており、このガスクーラ１０は放熱器であって、コンプレッサ４にて圧縮され、そして、コンプレッサ４から吐出された高圧側冷媒を冷却する。
一方、低圧経路部分２ｂには冷媒の循環方向に蒸発器１２及びアキュムレータ１４が順次介挿され、そして、低圧経路部分２ｂの上流端と高圧経路部分２ａの下流端との間には膨張手段としての電気式の膨張弁１６が配置されている。この膨張弁１６はその弁口（開口）の開度、つまり、その弁開度が調整可能なものである。なお、アキュムレータ１４は蒸発器１２から流出した冷媒に対して気液分離作用をなし、その気相部分のみをコンプレッサ４に向けて供給する。
【００１６】
更に、ガスクーラ１０と膨張弁１６との間における高圧経路部分２ａ及びアキュムレータ１４とコンプレッサ４との間における低圧経路部分２ｂにて、これら高圧経路部分２ａ及び低圧経路部分２ｂはそれらの一部が互いに隣接して配置され、内部熱交換器１８を構成している。
上述したコンプレッサ４の吐出量、電磁クラッチ６の断続及び膨張弁１６の弁開度はコントローラ２０からの制御信号を受けて制御され、このため、コントローラ２０は各種のセンサやスイッチ類が電気的に接続されている。なお、コントローラ２０はマイクロプロセッサ(MPU)、ROM,RAM等の記憶装置、入出力ポート(I/O)及び種々のドライバを含む。
【００１７】
具体的には、センサには、蒸発器１２を通過した後の調和空気、つまり、車両の車室内に供給される調和空気の温度を検出する空気温度センサ２２、コンプレッサ４の入口側（吸入側）での低圧側冷媒の圧力及び温度をそれぞれ検出する冷媒圧力センサ２４及び冷媒温度センサ２６、ガスクーラ１０の出口での高圧側冷媒の圧力及び温度をそれぞれ検出する冷媒圧力センサ２８及び冷媒温度センサ３０があり、そして、スイッチ類には車室内の温度を設定する室温設定スイッチ３２及び空調システムのオンオフを切り換えるＡ／Ｃスイッチ３４がある。
【００１８】
コントローラ２０は上述したセンサ及びスイッチ類からの検出信号や、設定又は切換信号により冷凍機の運転を制御し、以下、この運転制御について詳述する。
図２はコントローラ２０が実行するメインルーチンを示す。
メインルーチンにて、コントローラ２０は先ず、初期化処理（ステップＳ１）を実施した後、信号処理を実施する（ステップＳ２）。このステップＳ２にて、センサ及びスイッチ類からの信号を読み込むための所定の処理が実施される。
【００１９】
次に、コントローラ２０は、電磁クラッチ６のためのクラッチ制御（ステップＳ３）、
コンプレッサ４のための吐出量制御（ステップＳ４）、そして、膨張弁１６のための弁開度制御（ステップＳ５）を順次実施する。
クラッチ制御は、前述したＡ／Ｃスイッチ３４からの切換信号に基づいて実施され、Ａ／Ｃスイッチ３４がオン操作されたとき、コントローラ２０は電磁クラッチ６に制御信号を送信して電磁クラッチ６を繋ぎ、電磁クラッチ６を経てエンジン８の動力をコンプレッサ４に伝達させる。従って、この時点から、コンプレッサ４が駆動され、循環経路２内にて冷媒が循環し、車室内の冷房が開始される。
【００２０】
吐出量制御は図３に具体的に示されている。
吐出量制御では、先ず、前述の室温設定スイッチ３２からの設定信号に基づき、調和空気の目標温度ＴＯが読み込まれ（ステップＳ４０）、そして、空気温度センサ２２からの検出信号に基づき調和空気の実温度ＴＡが読み込まれる（ステップＳ４１）。この後、コントローラ２０は、目標温度ＴＯ及び実温度ＴＡに基づき、コンプレッサ４の目標吐出量ＱＯを演算し（ステップＳ４２）、そして、目標吐出量ＱＯに応じたコンプレッサ４の制御量を出力する。従って、コンプレッサ４はその実吐出量を目標吐出量ＱＯに一致させるべく、その駆動が制御され、ステップＳ４が繰り返して実施されることで、車室内の温度は目標温度ＴＯに維持される。
【００２１】
なお、上述の吐出量制御が実施されるにあたり、コントローラ２０は膨張弁１６の弁開度調整をも併せて実施する。具体的には、膨張弁１６の弁開度の初期値は、室温設定スイッチ３２にて設定された目標温度ＴＯにより決定され、この後、弁開度はコンプレッサ４における吐出圧の上昇に伴い、予め実験により定められている吐出圧−弁開度マップに従って調整される。
【００２２】
次の弁開度制御は、上述の吐出量が所定時間実施された後、一定の間隔毎に実施されるものであり、その詳細が図４に示されている。
弁開度制御にて、コントローラ２０は先ず、コンプレッサ（コンプ）の駆動が開始（オン）されているか否かを判別し（ステップＳ５０）、ここでの判別結果が真(Yes)の場合、コンプレッサの吐出量が最大吐出であるか否かを判別する（ステップＳ５１）。そして、ここでの判別結果が偽(No)の場合、コントローラ２０は更に、循環経路２の高圧経路部分２ａを流れる冷媒、つまり、高圧側冷媒の圧力がその臨界圧以上であるか否かを判別する（ステップＳ５２）。ここでの判別は、前述の冷媒圧力センサ２８からの検出信号に基づいて実施され、冷媒圧力センサ２８はガスクーラ１０の出口での圧力を高圧側冷媒の圧力ＰＨとして検出する。
【００２３】
ステップＳ５２の判別結果が真の場合、つまり、高圧側冷媒が超臨界状態にあると、コントローラ２０は高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧを演算し（ステップＳ６０）、このステップの詳細は図５に示されている。
高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧを演算するにあたり、コントローラ２０は循環経路２の低圧経路部分２ｂ内を流れる冷媒、つまり、低圧側冷媒の圧力ＰＳを読み込む（ステップＳ６１）。具体的には、ここでは、前述の冷媒圧力センサ２４からの検出信号が読み込まれ、この冷媒圧力センサ２４はコンプレッサ４に吸引される低圧側冷媒の圧力を圧力ＰＳとして検出する。
【００２４】
次に、コントローラ２０は低圧側冷媒の過熱度（ＳＨ）を検出し（ステップＳ６２）、そして、圧力ＰＳ及び過熱度（ＳＨ）に基づいて、最適なＣＯＰを達成するための最適線を選定する（ステップＳ６３）。ここで、最適線とは、最適なＣＯＰを達成するためのガスクーラ１０の出口での高圧側冷媒の圧力ＰＨとその温度ＴＧとの関係を示し。具体的には、図６は過熱度（ＳＨ）が０であるとき、低圧側冷媒の圧力ＰＳをパラメータとした最適線の一例を表し、これに対し、図７は圧力ＰＳが一定（ＰＳ＝３．５MPa）であるとき、過熱度（ＳＨ）をパラメータとした最適線の一例を表す。
【００２５】
従って、コントローラ２０は圧力ＰＳ及び過熱度（ＳＨ）から最適線の１つを選出でき、そして、選出した最適線と読み込んだ高圧側冷媒の圧力ＰＨ（ステップＳ６４）とに基づき、最適なＣＯＰを達成する高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧを設定する（ステップＳ６５）。
なお、図６及び図７から明らかなように、最適線で表される高圧側冷媒の圧力ＰＨ及び温度ＴＧは、圧力ＰＳや過熱度（ＳＨ）の相違に対して余り変化しないリニアな関係であるから、圧力ＰＳや過熱度（ＳＨ）を無視することも可能であり、この場合、目標温度ＴＴＧは圧力ＰＨに基づき、次式から演算することも可能である。
【００２６】
ＴＴＧ＝Ａ×ＰＨ＋Ｂ
ここで、Ａ，Ｂは定数である。
上述したようにして高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧが設定されると、コントローラ２０は次のステップＳ５３（図４参照）にて、目標温度ＴＴＧに基づいて目標弁開度ＯＥを演算する。具体的には、ここでは、目標温度ＴＴＧと高圧側冷媒の実温度ＴＧＡとの間の偏差が演算され、この偏差の解消に必要な膨張弁１６の目標弁開度ＯＥが演算される。なお、実温度ＴＧＡは前述の冷媒温度センサ３０により検出される。
【００２７】
この後、コントローラ２０は、目標弁開度ＯＥに現在の実弁開度を一致させるべく、膨張弁１６に制御信号を送信し、膨脹弁１６を駆動する（ステップＳ５４）。
より詳しくは、図８から明らかなように膨脹弁１６の目標弁開度ＯＥは、目標温度ＴＴＧに対して高圧側冷媒の実温度ＴＧＡが高ければ、現弁開度を減少する閉方向に設定され、逆に、目標温度ＴＴＧに対して高圧側冷媒の実温度ＴＧＡが低ければ、現弁開度を増加する開方向に設定される。
【００２８】
また、膨脹弁１６の弁開度は目標弁開度ＯＥに直ちに変更されるのではなく、目標弁開度ＯＥに向けて小刻みに増減され、これにより、循環経路２内での冷媒の圧力変動が抑制される。
以下の表１は、膨脹弁１６の弁開度を変化させたとき、ガスクーラ１０における出口での高圧側冷媒の圧力ＰＨ、温度ＴＧ及び冷媒の循環量を示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
また、表１の状態(i)〜(v)に対応するモリエル線図を図９の(i)〜(v)にそれぞれ示す。図９中、ａ〜ｆは、蒸発器１２の入口、蒸発器１２の出口、コンプレッサ４の吸い込み口、コンプレッサ４の吐出口、ガスクーラ１０の出口及び内部交換器１８の出口の位置をそれぞれ示し、これらの位置は図１中にも同一の参照符号を付して示されている。更に、図９中、参照符号Ｌは前述した最適線を示す。
【００３１】
図９から明らかなように、膨脹弁１６の弁開度が変化すれば、ガスクーラ１０における出口での高圧側冷媒の状態もまた変化することが分かる。ここで、膨脹弁１６の弁開度が変化すれば、低圧側冷媒の圧力ＰＳもまた変化するものの、この圧力ＰＳは調和空気の温度に対応するため、コンプレッサ４は圧力ＰＳの変化を打ち消す方向にその吐出量を変化させるので、高圧側冷媒の状態はその温度ＴＧのみが変化する。それ故、前述した最適線Ｌ上の目標温度ＴＴＧに高圧側冷媒の温度ＴＧを一致させるべく、膨脹弁１６の弁開度を制御することにより、最適なＣＯＰ（図９中の(iv),(v)の状態を参照）を達成することができる。
【００３２】
即ち、冷凍機の運転中、高圧側冷媒が超臨界状態にあるときには、膨脹弁１６の弁開度は高圧側冷媒の温度ＴＧに応じて制御され、そして、コンプレッサ４の吐出量は低圧側冷媒の圧力ＰＳに応じて制御されるので、これらの制御が互いに干渉し合うようなことはない。
一方、図４の弁開度制御ルーチンにおいて、ステップＳ５２での判別結果が偽となる場合、つまり、高圧側冷媒の圧力ＰＨが臨界圧よりも低い場合、コントローラ２０はステップＳ５２からステップＳ５５を実施し、このステップにて膨脹弁１６の弁開度を所定の固定開度に設定する。それ故、次のステップＳ５４にて、膨脹弁１６はその弁開度を固定開度にすべく制御される。
【００３３】
ステップＳ５２の判別結果が偽となる状況とは、高圧側冷媒が亜臨界状態にあることを表しているが、図１０のモリエル線図ではガスクーラ１０における出口（ｅ位置）を仮に飽和液線上に位置付けて示してある。
出口（ｅ位置）での高圧側冷媒の圧力ＰＨ及び温度ＴＧは２相域に入るため、これら圧力ＰＨ及び温度ＴＧを実質的に把握することはできない。しかしながら、ガスクーラ１０の能力を測定し、ガスクーラ１０の入口及び出口での高圧側冷媒の状態を算出したところ、実際の出口は図１０中のα位置となる。
【００３４】
上述の状況下にて、膨脹弁１６の弁開度を可変すれば、α位置は図１０でみて左右に変化し、また、内部熱交換器１８の働きにより、蒸発器１２の出口を実際に示すβ位置もまた図１０でみて左右に変化することが実験により確認された。
以下の表２は、膨脹弁１６の弁開度を種々に変化させた際の冷凍機の挙動を示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】
また、表２の(i)〜(viii)に対応するモリエル線図を図１１の(i)〜(iii)にそれぞれ示す。
表２中の蒸発器１２の能力及びガスクーラ１０の能力を参照すれば、膨脹弁１６の弁開度が変化されたとき、前述したα位置及びβ位置はそれぞれ左右に動くものと推定される。それ故、最適なＣＯＰを達成するにあたり、膨脹弁１６の弁開度を固定開度に設定可能であり、これは実験により確認された。なお、実験に使用した冷凍機の場合、弁開度指示値が約２８となる弁開度を固定開度としたとき、最適なＣＯＰが達成された。
【００３７】
再度、図４の弁開度制御ルーチンを参照すれば、ステップＳ５０の判別結果が偽の場合、つまり、コンプレッサ４の吐出量が最小値若しくはその近傍に維持されている状況にあるとき、膨脹弁１６の弁開度は全開に設定され（ステップＳ５６）、ステップＳ５４経て、膨脹弁１６はその弁開度を全開させるべく駆動される。
一方、ステップＳ５１の判別結果が真となる場合、つまり、コンプレッサ４の吐出量が許容最大値若しくはその近傍に維持されている状況にあるとき、ステップＳ７０にて、高圧側冷媒の目標圧ＴＰＧが演算され、その詳細を図１２に示す。
【００３８】
目標圧ＴＰＧの演算に際しては、前述した目標温度ＴＴＧの演算ルーチンでのステップＳ６１〜Ｓ６３と同様なステップＳ７１〜Ｓ７３が実施され、そして、選定した最適線及び圧力ＴＧ（ステップＳ７４）とに基づき、目標圧ＴＰＧが設定される（ステップＳ７５）。
なお、目標圧ＴＰＧは次式から演算することができる。
【００３９】
ＴＰＧ＝Ｃ×ＴＧ＋Ｄ
なお、Ｃ，Ｄは定数である。
この後、次のステップＳ５７では、目標圧ＴＧＰに基づいて膨脹弁１６の目標弁開度ＯＥが演算され、ステップＳ５４の実施を経て、膨脹弁１６の弁開度は目標弁開度ＯＥに一致すべく小刻みに変化される。
【００４０】
上述したステップＳ５６を経て膨脹弁１６の弁開度が全開にされれば、膨脹弁１６における弁開度の初期値が全開に設定されることで、冷凍機のＣＯＰを速やかに最適値に到達させることできる。
一方、ステップＳ７０を経て、膨脹弁１６の弁開度が制御されても、このとき、コンプレッサ４はその吐出量を実質的に可変できる状況にないから、弁開度制御と吐出量制御とが互いに干渉し合うようなことはなく、よって、最適なＣＯＰを達成することができる。
【００４１】
本発明は、上述の一実施例に制約されるものではなく種々の変形が可能である。
例えば、本発明が適用可能な冷凍機のコンプレッサはその吐出量が温度ＴＡ，圧力ＰＳ、その吐出圧ＰＤ又はＰＤ−ＰＳの差圧を一定に維持すべき制御されるものであってよく、また、冷凍機はオイルパレータやレシーバを備えるものであってよいことは言うまでもない。
【００４２】
更に、膨脹弁は電気式に限らず、その弁開度が機械式に制御されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一実施例の冷凍機を示した概略構成図である。
【図２】図１のコントローラが実施するメインルーチンを示したフローチャートである。
【図３】図２の吐出量制御の詳細を示したフローチャートである。
【図４】図２の弁開度制御の詳細を示したフローチャートである。
【図５】図４中のＴＴＧの演算の詳細を示したフローチャートである。
【図６】圧力ＰＳをパラメータとした最適線を示すグラフである。
【図７】過熱度をパラメータとした最適線を示すグラフである。
【図８】膨脹弁の弁開度が高圧側冷媒の目標温度により変化されることを示すグラフである。
【図９】高圧側冷媒が超臨界状態にあるときのモリエル線図であり、(i)〜(v)は膨脹弁の弁開度の変化に伴う状態をそれぞれ示す。
【図１０】高圧側冷媒が亜臨界状態にあるときのモリエル線図である。
【図１１】高圧側冷媒が亜臨界状態にあるときのモリエル線図であり、(i)〜(viii)は膨脹弁の弁開度の変化に伴う状態をそれぞれ示す。
【図１２】図４中のＴＰＧの演算の詳細を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
２ 循環経路
２ａ 高圧経路部分
２ｂ 低圧経路部分
４ コンプレッサ
６ 電磁クラッチ
１０ ガスクーラ
１２ 蒸発器
１４ アキュムレータ
１６ 膨脹弁
１８ 内部熱交換器
２０ コントローラ（制御装置）
２２ 空気温度センサ
２６，３０ 冷媒温度センサ
２４，２８ 冷媒圧力センサ
３２ 室温設定スイッチ
３４ Ａ／Ｃスイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の空調システムに組み込まれる冷凍機に係わり、特に、冷媒に二酸化炭素を使用する冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この主の車両用空調システムのための冷凍機は、冷媒循環経路中に介挿された可変容量型のコンプレッサ、ガスクーラ、電気式膨張弁及び蒸発器を備え、ガスクーラ出口での高圧側冷媒の圧力を臨界圧以上に維持した状態で運転される（特許文献１，２）。
具体的には、特許文献１，２の冷凍機にあっては、最適なＣＯＰ（成績係数）を達成するため、高圧側冷媒の圧力をその目標圧に維持すべく電気式膨張弁の弁開度が制御されている。
【特許文献１】特開平11-304268号公報
【特許文献２】特開2002-22288号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の特許文献の冷凍機が最適なＣＯＰを達成すべく運転されていたとしても、負荷変動により車室の温度がその設定温度を超えて上昇すれば、これに応じて、可変容量型のコンプレッサは冷凍能力を高めるべく、その吐出容量を調整する。このため、高圧側冷媒の圧力はその目標圧から外れ、これを補償すべく電気式膨張弁はその弁開度を調整し、コンプレッサの吸入側、つまり、低圧側冷媒の圧力を変化させてしまう。
【０００４】
このようにコンプレッサは要求される冷凍能力、即ち、低圧側冷媒の圧力に応じて吐出量を可変し、これに対し、膨張弁は高圧側冷媒の圧力により弁開度を調整することから、高圧側及び低圧側の双方にて冷媒の圧力を変動させる。
上述の圧力変動を避けるため、特許文献１の冷凍機にあっては電気式膨張弁の弁開度制御とコンプレッサの容量制御と同時に実施しないようにしているものの、冷媒に対する制御の対象が何れも圧力であるため、高圧側冷媒及び低圧側冷媒の一方の圧力が制御されれば、その他方の側での圧力の変動を必然的に伴い、冷凍機の運転を不安定させる要因となる。
【０００５】
また、車室内の設定温度がその目標値よりも低下するような状況を考えると、この場合、コンプレッサはその吐出量を減少させ、これは低圧側冷媒の圧力を上昇させる一方、高圧側冷媒の圧力を低下させる。このような高圧側冷媒の圧力低下は最適なＣＯＰを達成する目標圧からの外れを意味することから、電気式膨張弁はその弁開度を小さくし、高圧側冷媒の圧力を目標圧まで上昇させる。これに伴い、低圧側冷媒の圧力が低下するので、蒸発器での冷媒の蒸発温度が低下し、そして、これを補償するため、コンプレッサがその吐出量を更に減少させることになり、上述の不所望な作動が繰り返される。従って、最終的に電気式膨張弁は全閉状態となり、コンプレッサがその最小吐出量で駆動されてしまう事態となる。
【０００６】
このような事態に至ると、この後、車室内の温度が設定温度よりも大きく低下するので、コンプレッサはその吐出量を増加させようとし、上述の動作が逆向きに繰り返される。この結果、冷媒の圧力制御が収束せず、発散してしまい、冷媒の圧力を著しく変動させる。
更に、特許文献１，２の冷凍機にあっては何れも、高圧側冷媒の圧力が臨界圧以上にあるとき、最適なＣＯＰを達成すべく電気式膨張弁の弁開度を制御しているが、冷凍機の実際の運転に際しては、高圧側冷媒の圧力が臨界圧よりも低くなることも考えられ、このような状況下での制御の確立が望まれている。
【０００７】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、冷媒の不所望な圧力変動を抑制し、超臨界及び亜臨界の状態にあっても最適なＣＯＰを達成することができる冷凍機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の冷凍機は、高圧経路部分と低圧経路部分に分けられる冷媒の循環経路と、高圧経路部分に介挿され、冷媒を圧縮して吐出する可変容量型のコンプレッサと、高圧経路部分に前記コンプレッサの下流に位置して介挿され、コンプレッサから吐出された高圧側冷媒を冷却するガスクーラと、高圧経路部分の上流端と低圧経路部分の下流端との間に設けられた開口を有し、この開口の開度を調整可能とした膨張手段と、低圧経路部分に介挿され、膨張手段の開口から流出した低圧側冷媒を蒸発させ、調和空気を冷却する蒸発器と、この蒸発器から供給されるべき調和空気の設定温度を設定する調和温度設定手段と、調和空気の実温度を検出する空気温度検出手段と、高圧経路部分内の高圧側冷媒の実温度を検出する冷媒温度検出手段と、高圧経路部分内の高圧側冷媒の実圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、膨張手段における開口の開度を制御する制御装置とを備え、この制御装置は、高圧側冷媒の実圧力に基づき、高圧側冷媒の目標温度を演算する目標温度演算手段と、高圧側冷媒の目標温度とその実温度との間の偏差に基づき、膨張手段における開口の目標開度を設定する開度設定手段と、目標開度に基づいて、膨張手段に開度信号を出力する開度信号出力手段とを含む（請求項１）。
【０００９】
具体的には、制御装置は、調和空気の目標温度とその実温度との間の偏差に基づき、コンプレッサの目標吐出量を演算する吐出量演算手段と、この目標吐出量に基づき、コンプレッサに容量信号を出力する容量信号出力手段とを更に含むことができる（請求項２）。
上述の請求項１，２の冷凍機によれば、膨張手段における開口の開度が高圧側冷媒の圧力ではなく、高圧側冷媒の目標温度にその実温度を一致させるべく制御されるので、ここでの開度制御がコンプレッサの吐出量制御と干渉することはない。
【００１０】
また、制御装置は、コンプレッサの吐出量が許容最大値若しくはその近傍に維持されているとき、高圧側冷媒の目標圧を演算する目標圧演算手段と、この目標圧に基づいて、膨張手段に開度信号を出力する第２開度信号出力手段とを更に含むことができる（請求項３）。
更に、制御装置は、コンプレッサの吐出量が最小値若しくはその近傍に維持されているとき、膨張手段に所定の開度信号を出力する第３開度信号出力手段を更に含むことができ（請求項４）、この場合、所定の開度信号は全開度信号であるのが望ましい（請求項５）。
【００１１】
請求項３〜５の冷凍機によれば、膨張手段における開口の開度が高圧側冷媒の目標圧に基づく開度信号又は所定の開度信号により制御されても、このとき、コンプレッサの吐出量は実質的に可変されることがなく、開度制御がコンプレッサの吐出量制御と干渉することはない。
更に、開度設定手段は、高圧側冷媒の実圧力が臨界圧以上にあるときに膨張手段の目標開度を設定し、高圧側冷媒の実圧力が臨界圧よりも低いときには目標開度として所定の固定開度を設定する（請求項６）。
【００１２】
高圧側冷媒の実圧力が臨界圧よりも低い場合、膨張手段の開口開度を変化させても、ガスクーラ及び蒸発器における能力の増減が互いに打ち消し合うことから、開口開度を冷凍機に固有の固定開度することで、実質的に最適なＣＯＰが達成される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜５の冷凍機は、膨張手段における開口の開度制御とコンプレッサの吐出量制御とを互いに干渉させないので、これら開度制御及び吐出量制御を実施するにあたり、制御の発散やハンチングを伴うことなく冷媒の圧力変動を効果的に抑制でき、最適なＣＯＰの達成が可能となる。
請求項６の冷凍機は、高圧側冷媒の圧力が臨界圧よりも低い亜臨界状態にあっても、膨張手段の開口開度を固定開度にするだけで、最適なＣＯＰが得られ、亜臨界状態での制御が頗る簡単なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、車両用空調システムに組み込まれる冷凍機を概略的に示し、この冷凍機は冷媒として、例えば二酸化炭素を使用する。この種の冷凍機の基本構成は公知であり、それ故、冷凍機の基本構成については以下に簡単に説明する。
冷凍機は冷媒の循環経路２を備え、この循環経路２は高圧経路部分２ａと、低圧経路部分２ｂとに区分される。高圧経路部分２ａには可変容量型のコンプレッサ４が介挿され、このコンプレッサ４は電磁クラッチ６を介してエンジン８に接続され、このエンジン８からの動力が電磁クラッチ６を経て伝達されることで駆動される。
【００１５】
また、高圧経路部分２ａにはガスクーラ１０が介挿されており、このガスクーラ１０は放熱器であって、コンプレッサ４にて圧縮され、そして、コンプレッサ４から吐出された高圧側冷媒を冷却する。
一方、低圧経路部分２ｂには冷媒の循環方向に蒸発器１２及びアキュムレータ１４が順次介挿され、そして、低圧経路部分２ｂの上流端と高圧経路部分２ａの下流端との間には膨張手段としての電気式の膨張弁１６が配置されている。この膨張弁１６はその弁口（開口）の開度、つまり、その弁開度が調整可能なものである。なお、アキュムレータ１４は蒸発器１２から流出した冷媒に対して気液分離作用をなし、その気相部分のみをコンプレッサ４に向けて供給する。
【００１６】
更に、ガスクーラ１０と膨張弁１６との間における高圧経路部分２ａ及びアキュムレータ１４とコンプレッサ４との間における低圧経路部分２ｂにて、これら高圧経路部分２ａ及び低圧経路部分２ｂはそれらの一部が互いに隣接して配置され、内部熱交換器１８を構成している。
上述したコンプレッサ４の吐出量、電磁クラッチ６の断続及び膨張弁１６の弁開度はコントローラ２０からの制御信号を受けて制御され、このため、コントローラ２０は各種のセンサやスイッチ類が電気的に接続されている。なお、コントローラ２０はマイクロプロセッサ(MPU)、ROM,RAM等の記憶装置、入出力ポート(I/O)及び種々のドライバを含む。
【００１７】
具体的には、センサには、蒸発器１２を通過した後の調和空気、つまり、車両の車室内に供給される調和空気の温度を検出する空気温度センサ２２、コンプレッサ４の入口側（吸入側）での低圧側冷媒の圧力及び温度をそれぞれ検出する冷媒圧力センサ２４及び冷媒温度センサ２６、ガスクーラ１０の出口での高圧側冷媒の圧力及び温度をそれぞれ検出する冷媒圧力センサ２８及び冷媒温度センサ３０があり、そして、スイッチ類には車室内の温度を設定する室温設定スイッチ３２及び空調システムのオンオフを切り換えるＡ／Ｃスイッチ３４がある。
【００１８】
コントローラ２０は上述したセンサ及びスイッチ類からの検出信号や、設定又は切換信号により冷凍機の運転を制御し、以下、この運転制御について詳述する。
図２はコントローラ２０が実行するメインルーチンを示す。
メインルーチンにて、コントローラ２０は先ず、初期化処理（ステップＳ１）を実施した後、信号処理を実施する（ステップＳ２）。このステップＳ２にて、センサ及びスイッチ類からの信号を読み込むための所定の処理が実施される。
【００１９】
次に、コントローラ２０は、電磁クラッチ６のためのクラッチ制御（ステップＳ３）、
コンプレッサ４のための吐出量制御（ステップＳ４）、そして、膨張弁１６のための弁開度制御（ステップＳ５）を順次実施する。
クラッチ制御は、前述したＡ／Ｃスイッチ３４からの切換信号に基づいて実施され、Ａ／Ｃスイッチ３４がオン操作されたとき、コントローラ２０は電磁クラッチ６に制御信号を送信して電磁クラッチ６を繋ぎ、電磁クラッチ６を経てエンジン８の動力をコンプレッサ４に伝達させる。従って、この時点から、コンプレッサ４が駆動され、循環経路２内にて冷媒が循環し、車室内の冷房が開始される。
【００２０】
吐出量制御は図３に具体的に示されている。
吐出量制御では、先ず、前述の室温設定スイッチ３２からの設定信号に基づき、調和空気の目標温度ＴＯが読み込まれ（ステップＳ４０）、そして、空気温度センサ２２からの検出信号に基づき調和空気の実温度ＴＡが読み込まれる（ステップＳ４１）。この後、コントローラ２０は、目標温度ＴＯ及び実温度ＴＡに基づき、コンプレッサ４の目標吐出量ＱＯを演算し（ステップＳ４２）、そして、目標吐出量ＱＯに応じたコンプレッサ４の制御量を出力する。従って、コンプレッサ４はその実吐出量を目標吐出量ＱＯに一致させるべく、その駆動が制御され、ステップＳ４が繰り返して実施されることで、車室内の温度は目標温度ＴＯに維持される。
【００２１】
なお、上述の吐出量制御が実施されるにあたり、コントローラ２０は膨張弁１６の弁開度調整をも併せて実施する。具体的には、膨張弁１６の弁開度の初期値は、室温設定スイッチ３２にて設定された目標温度ＴＯにより決定され、この後、弁開度はコンプレッサ４における吐出圧の上昇に伴い、予め実験により定められている吐出圧−弁開度マップに従って調整される。
【００２２】
次の弁開度制御は、上述の吐出量が所定時間実施された後、一定の間隔毎に実施されるものであり、その詳細が図４に示されている。
弁開度制御にて、コントローラ２０は先ず、コンプレッサ（コンプ）の駆動が開始（オン）されているか否かを判別し（ステップＳ５０）、ここでの判別結果が真(Yes)の場合、コンプレッサの吐出量が最大吐出であるか否かを判別する（ステップＳ５１）。そして、ここでの判別結果が偽(No)の場合、コントローラ２０は更に、循環経路２の高圧経路部分２ａを流れる冷媒、つまり、高圧側冷媒の圧力がその臨界圧以上であるか否かを判別する（ステップＳ５２）。ここでの判別は、前述の冷媒圧力センサ２８からの検出信号に基づいて実施され、冷媒圧力センサ２８はガスクーラ１０の出口での圧力を高圧側冷媒の圧力ＰＨとして検出する。
【００２３】
ステップＳ５２の判別結果が真の場合、つまり、高圧側冷媒が超臨界状態にあると、コントローラ２０は高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧを演算し（ステップＳ６０）、このステップの詳細は図５に示されている。
高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧを演算するにあたり、コントローラ２０は循環経路２の低圧経路部分２ｂ内を流れる冷媒、つまり、低圧側冷媒の圧力ＰＳを読み込む（ステップＳ６１）。具体的には、ここでは、前述の冷媒圧力センサ２４からの検出信号が読み込まれ、この冷媒圧力センサ２４はコンプレッサ４に吸引される低圧側冷媒の圧力を圧力ＰＳとして検出する。
【００２４】
次に、コントローラ２０は低圧側冷媒の過熱度（ＳＨ）を検出し（ステップＳ６２）、そして、圧力ＰＳ及び過熱度（ＳＨ）に基づいて、最適なＣＯＰを達成するための最適線を選定する（ステップＳ６３）。ここで、最適線とは、最適なＣＯＰを達成するためのガスクーラ１０の出口での高圧側冷媒の圧力ＰＨとその温度ＴＧとの関係を示し。具体的には、図６は過熱度（ＳＨ）が０であるとき、低圧側冷媒の圧力ＰＳをパラメータとした最適線の一例を表し、これに対し、図７は圧力ＰＳが一定（ＰＳ＝３．５MPa）であるとき、過熱度（ＳＨ）をパラメータとした最適線の一例を表す。
【００２５】
従って、コントローラ２０は圧力ＰＳ及び過熱度（ＳＨ）から最適線の１つを選出でき、そして、選出した最適線と読み込んだ高圧側冷媒の圧力ＰＨ（ステップＳ６４）とに基づき、最適なＣＯＰを達成する高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧを設定する（ステップＳ６５）。
なお、図６及び図７から明らかなように、最適線で表される高圧側冷媒の圧力ＰＨ及び温度ＴＧは、圧力ＰＳや過熱度（ＳＨ）の相違に対して余り変化しないリニアな関係であるから、圧力ＰＳや過熱度（ＳＨ）を無視することも可能であり、この場合、目標温度ＴＴＧは圧力ＰＨに基づき、次式から演算することも可能である。
【００２６】
ＴＴＧ＝Ａ×ＰＨ＋Ｂ
ここで、Ａ，Ｂは定数である。
上述したようにして高圧側冷媒の目標温度ＴＴＧが設定されると、コントローラ２０は次のステップＳ５３（図４参照）にて、目標温度ＴＴＧに基づいて目標弁開度ＯＥを演算する。具体的には、ここでは、目標温度ＴＴＧと高圧側冷媒の実温度ＴＧＡとの間の偏差が演算され、この偏差の解消に必要な膨張弁１６の目標弁開度ＯＥが演算される。なお、実温度ＴＧＡは前述の冷媒温度センサ３０により検出される。
【００２７】
この後、コントローラ２０は、目標弁開度ＯＥに現在の実弁開度を一致させるべく、膨張弁１６に制御信号を送信し、膨脹弁１６を駆動する（ステップＳ５４）。
より詳しくは、図８から明らかなように膨脹弁１６の目標弁開度ＯＥは、目標温度ＴＴＧに対して高圧側冷媒の実温度ＴＧＡが高ければ、現弁開度を減少する閉方向に設定され、逆に、目標温度ＴＴＧに対して高圧側冷媒の実温度ＴＧＡが低ければ、現弁開度を増加する開方向に設定される。
【００２８】
また、膨脹弁１６の弁開度は目標弁開度ＯＥに直ちに変更されるのではなく、目標弁開度ＯＥに向けて小刻みに増減され、これにより、循環経路２内での冷媒の圧力変動が抑制される。
以下の表１は、膨脹弁１６の弁開度を変化させたとき、ガスクーラ１０における出口での高圧側冷媒の圧力ＰＨ、温度ＴＧ及び冷媒の循環量を示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
また、表１の状態(i)〜(v)に対応するモリエル線図を図９の(i)〜(v)にそれぞれ示す。図９中、ａ〜ｆは、蒸発器１２の入口、蒸発器１２の出口、コンプレッサ４の吸い込み口、コンプレッサ４の吐出口、ガスクーラ１０の出口及び内部交換器１８の出口の位置をそれぞれ示し、これらの位置は図１中にも同一の参照符号を付して示されている。更に、図９中、参照符号Ｌは前述した最適線を示す。
【００３１】
図９から明らかなように、膨脹弁１６の弁開度が変化すれば、ガスクーラ１０における出口での高圧側冷媒の状態もまた変化することが分かる。ここで、膨脹弁１６の弁開度が変化すれば、低圧側冷媒の圧力ＰＳもまた変化するものの、この圧力ＰＳは調和空気の温度に対応するため、コンプレッサ４は圧力ＰＳの変化を打ち消す方向にその吐出量を変化させるので、高圧側冷媒の状態はその温度ＴＧのみが変化する。それ故、前述した最適線Ｌ上の目標温度ＴＴＧに高圧側冷媒の温度ＴＧを一致させるべく、膨脹弁１６の弁開度を制御することにより、最適なＣＯＰ（図９中の(iv),(v)の状態を参照）を達成することができる。
【００３２】
即ち、冷凍機の運転中、高圧側冷媒が超臨界状態にあるときには、膨脹弁１６の弁開度は高圧側冷媒の温度ＴＧに応じて制御され、そして、コンプレッサ４の吐出量は低圧側冷媒の圧力ＰＳに応じて制御されるので、これらの制御が互いに干渉し合うようなことはない。
一方、図４の弁開度制御ルーチンにおいて、ステップＳ５２での判別結果が偽となる場合、つまり、高圧側冷媒の圧力ＰＨが臨界圧よりも低い場合、コントローラ２０はステップＳ５２からステップＳ５５を実施し、このステップにて膨脹弁１６の弁開度を所定の固定開度に設定する。それ故、次のステップＳ５４にて、膨脹弁１６はその弁開度を固定開度にすべく制御される。
【００３３】
ステップＳ５２の判別結果が偽となる状況とは、高圧側冷媒が亜臨界状態にあることを表しているが、図１０のモリエル線図ではガスクーラ１０における出口（ｅ位置）を仮に飽和液線上に位置付けて示してある。
出口（ｅ位置）での高圧側冷媒の圧力ＰＨ及び温度ＴＧは２相域に入るため、これら圧力ＰＨ及び温度ＴＧを実質的に把握することはできない。しかしながら、ガスクーラ１０の能力を測定し、ガスクーラ１０の入口及び出口での高圧側冷媒の状態を算出したところ、実際の出口は図１０中のα位置となる。
【００３４】
上述の状況下にて、膨脹弁１６の弁開度を可変すれば、α位置は図１０でみて左右に変化し、また、内部熱交換器１８の働きにより、蒸発器１２の出口を実際に示すβ位置もまた図１０でみて左右に変化することが実験により確認された。
以下の表２は、膨脹弁１６の弁開度を種々に変化させた際の冷凍機の挙動を示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】
また、表２の(i)〜(viii)に対応するモリエル線図を図１１の(i)〜(iii)にそれぞれ示す。
表２中の蒸発器１２の能力及びガスクーラ１０の能力を参照すれば、膨脹弁１６の弁開度が変化されたとき、前述したα位置及びβ位置はそれぞれ左右に動くものと推定される。それ故、最適なＣＯＰを達成するにあたり、膨脹弁１６の弁開度を固定開度に設定可能であり、これは実験により確認された。なお、実験に使用した冷凍機の場合、弁開度指示値が約２８となる弁開度を固定開度としたとき、最適なＣＯＰが達成された。
【００３７】
再度、図４の弁開度制御ルーチンを参照すれば、ステップＳ５０の判別結果が偽の場合、つまり、コンプレッサ４の吐出量が最小値若しくはその近傍に維持されている状況にあるとき、膨脹弁１６の弁開度は全開に設定され（ステップＳ５６）、ステップＳ５４経て、膨脹弁１６はその弁開度を全開させるべく駆動される。
一方、ステップＳ５１の判別結果が真となる場合、つまり、コンプレッサ４の吐出量が許容最大値若しくはその近傍に維持されている状況にあるとき、ステップＳ７０にて、高圧側冷媒の目標圧ＴＰＧが演算され、その詳細を図１２に示す。
【００３８】
目標圧ＴＰＧの演算に際しては、前述した目標温度ＴＴＧの演算ルーチンでのステップＳ６１〜Ｓ６３と同様なステップＳ７１〜Ｓ７３が実施され、そして、選定した最適線及び圧力ＴＧ（ステップＳ７４）とに基づき、目標圧ＴＰＧが設定される（ステップＳ７５）。
なお、目標圧ＴＰＧは次式から演算することができる。
【００３９】
ＴＰＧ＝Ｃ×ＴＧ＋Ｄ
なお、Ｃ，Ｄは定数である。
この後、次のステップＳ５７では、目標圧ＴＧＰに基づいて膨脹弁１６の目標弁開度ＯＥが演算され、ステップＳ５４の実施を経て、膨脹弁１６の弁開度は目標弁開度ＯＥに一致すべく小刻みに変化される。
【００４０】
上述したステップＳ５６を経て膨脹弁１６の弁開度が全開にされれば、膨脹弁１６における弁開度の初期値が全開に設定されることで、冷凍機のＣＯＰを速やかに最適値に到達させることできる。
一方、ステップＳ７０を経て、膨脹弁１６の弁開度が制御されても、このとき、コンプレッサ４はその吐出量を実質的に可変できる状況にないから、弁開度制御と吐出量制御とが互いに干渉し合うようなことはなく、よって、最適なＣＯＰを達成することができる。
【００４１】
本発明は、上述の一実施例に制約されるものではなく種々の変形が可能である。
例えば、本発明が適用可能な冷凍機のコンプレッサはその吐出量が温度ＴＡ，圧力ＰＳ、その吐出圧ＰＤ又はＰＤ−ＰＳの差圧を一定に維持すべき制御されるものであってよく、また、冷凍機はオイルパレータやレシーバを備えるものであってよいことは言うまでもない。
【００４２】
更に、膨脹弁は電気式に限らず、その弁開度が機械式に制御されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一実施例の冷凍機を示した概略構成図である。
【図２】図１のコントローラが実施するメインルーチンを示したフローチャートである。
【図３】図２の吐出量制御の詳細を示したフローチャートである。
【図４】図２の弁開度制御の詳細を示したフローチャートである。
【図５】図４中のＴＴＧの演算の詳細を示したフローチャートである。
【図６】圧力ＰＳをパラメータとした最適線を示すグラフである。
【図７】過熱度をパラメータとした最適線を示すグラフである。
【図８】膨脹弁の弁開度が高圧側冷媒の目標温度により変化されることを示すグラフである。
【図９】高圧側冷媒が超臨界状態にあるときのモリエル線図であり、(i)〜(v)は膨脹弁の弁開度の変化に伴う状態をそれぞれ示す。
【図１０】高圧側冷媒が亜臨界状態にあるときのモリエル線図である。
【図１１】高圧側冷媒が亜臨界状態にあるときのモリエル線図であり、(i)〜(viii)は膨脹弁の弁開度の変化に伴う状態をそれぞれ示す。
【図１２】図４中のＴＰＧの演算の詳細を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
２ 循環経路
２ａ 高圧経路部分
２ｂ 低圧経路部分
４ コンプレッサ
６ 電磁クラッチ
１０ ガスクーラ
１２ 蒸発器
１４ アキュムレータ
１６ 膨脹弁
１８ 内部熱交換器
２０ コントローラ（制御装置）
２２ 空気温度センサ
２６，３０ 冷媒温度センサ
２４，２８ 冷媒圧力センサ
３２ 室温設定スイッチ
３４ Ａ／Ｃスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧経路部分と低圧経路部分に分けられる冷媒の循環経路と、
前記高圧経路部分に介挿され、冷媒を圧縮して吐出する可変容量型のコンプレッサと、
前記高圧経路部分に前記コンプレッサの下流に位置して介挿され、前記コンプレッサから吐出された高圧側冷媒を冷却するガスクーラと、
前記高圧経路部分の下流端と前記低圧経路部分の上流端との間に設けられた開口を有し、この開口の開度を調整可能とした膨張手段と、
前記低圧経路部分に介挿され、前記膨張手段の前記開口から流出した低圧側冷媒を蒸発させ、調和空気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器から供給されるべき前記調和空気の設定温度を設定する調和温度設定手段と、
前記調和空気の実温度を検出する空気温度検出手段と、
前記高圧経路部分内の前記高圧側冷媒の実温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記高圧経路部分内の前記高圧側冷媒の実圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、
前記膨張手段における前記開口の開度を制御する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、
前記高圧側冷媒の実圧力に基づき、前記高圧側冷媒の目標温度を演算する目標温度演算手段と、
前記高圧側冷媒の前記目標温度とその前記実温度との間の偏差に基づき、前記膨張手段における前記開口の目標開度を設定する開度設定手段と、
前記目標開度に基づいて、前記膨張手段に開度信号を出力する開度信号出力手段と
を含むことを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記調和空気の前記目標温度とその前記実温度との間の偏差に基づき、前記コンプレッサの目標吐出量を演算する吐出量演算手段と、
前記目標吐出量に基づき、前記コンプレッサに容量信号を出力する容量信号出力手段と
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記コンプレッサの吐出量が許容最大値若しくはその近傍に維持されているとき、前記高圧側冷媒の目標圧を演算する目標圧演算手段と、
前記目標圧に基づいて、前記膨張手段に開度信号を出力する第２開度信号出力手段とを更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記コンプレッサの吐出量が最小値若しくはその近傍に維持されているとき、前記膨張手段に所定の開度信号を出力する第３開度信号出力手段を更に含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の冷凍機。
【請求項５】
前記所定の開度信号は全開信号であることを特徴とする請求項４に記載の冷凍機。
【請求項６】
前記開度設定手段は、前記高圧側冷媒の実圧力が臨界圧以上にあるときに前記膨張手段の前記目標開度を設定し、前記高圧側冷媒の実圧力が臨界圧よりも低いときには前記目標開度として所定の固定開度を設定することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の冷凍機。
【請求項１】
高圧経路部分と低圧経路部分に分けられる冷媒の循環経路と、
前記高圧経路部分に介挿され、冷媒を圧縮して吐出する可変容量型のコンプレッサと、
前記高圧経路部分に前記コンプレッサの下流に位置して介挿され、前記コンプレッサから吐出された高圧側冷媒を冷却するガスクーラと、
前記高圧経路部分の下流端と前記低圧経路部分の上流端との間に設けられた開口を有し、この開口の開度を調整可能とした膨張手段と、
前記低圧経路部分に介挿され、前記膨張手段の前記開口から流出した低圧側冷媒を蒸発させ、調和空気を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器から供給されるべき前記調和空気の設定温度を設定する調和温度設定手段と、
前記調和空気の実温度を検出する空気温度検出手段と、
前記高圧経路部分内の前記高圧側冷媒の実温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記高圧経路部分内の前記高圧側冷媒の実圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、
前記膨張手段における前記開口の開度を制御する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、
前記高圧側冷媒の実圧力に基づき、前記高圧側冷媒の目標温度を演算する目標温度演算手段と、
前記高圧側冷媒の前記目標温度とその前記実温度との間の偏差に基づき、前記膨張手段における前記開口の目標開度を設定する開度設定手段と、
前記目標開度に基づいて、前記膨張手段に開度信号を出力する開度信号出力手段と
を含むことを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記調和空気の前記目標温度とその前記実温度との間の偏差に基づき、前記コンプレッサの目標吐出量を演算する吐出量演算手段と、
前記目標吐出量に基づき、前記コンプレッサに容量信号を出力する容量信号出力手段と
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記コンプレッサの吐出量が許容最大値若しくはその近傍に維持されているとき、前記高圧側冷媒の目標圧を演算する目標圧演算手段と、
前記目標圧に基づいて、前記膨張手段に開度信号を出力する第２開度信号出力手段とを更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記コンプレッサの吐出量が最小値若しくはその近傍に維持されているとき、前記膨張手段に所定の開度信号を出力する第３開度信号出力手段を更に含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の冷凍機。
【請求項５】
前記所定の開度信号は全開信号であることを特徴とする請求項４に記載の冷凍機。
【請求項６】
前記開度設定手段は、前記高圧側冷媒の実圧力が臨界圧以上にあるときに前記膨張手段の前記目標開度を設定し、前記高圧側冷媒の実圧力が臨界圧よりも低いときには前記目標開度として所定の固定開度を設定することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２７０６（Ｐ２００８−２７０６Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７００５４（Ｐ２００６−１７００５４）
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
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