(57)【要約】【課題】  冷媒気密性が確保され、センサの交換が容易で、かつ冷媒の交換が不要となる冷凍サイクルを提供する。【解決手段】  冷媒、エバポレータ12、コンデンサ、コンプレッサ、熱交換器、逆止弁、および少なくとも１つの冷媒用ダクトを具備する自動車用空調装置の冷凍サイクル10において、これら要素のうち少なくとも１つが、この要素の外側に向けて開放し、冷媒の圧力、流量および温度のいずれかの物理量を測定する手段40を収容する少なくとも１つの空間30を有するようにする。【選択図】  図２
2004184073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車室に用いる空調装置の冷凍サイクル(10)であって、内部を冷媒が循環し、少なくともエバポレータ(12)、冷媒ガスの冷却器(14)、コンプレッサ(16)、熱交換器(18)、逆止弁(20)、および少なくとも１つの冷媒用ダクト(24)(26)を具備する冷凍サイクル(10)において、前記各要素のうち少なくとも１つは、この要素の外側に向けて開放し、この要素の一部をなし、冷媒の圧力、流量、および温度のいずれかの物理量を測定する手段(40)を収容する少なくとも１つの空間30を有することを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記少なくとも１つの空間(30)は、前記各要素(12)(14)(16)(18)(20)(24)(26)を製造する際に、これらの要素と一体に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記少なくとも１つの空間(30)は、この空間(30)と前記各要素(12)(14)(16)(18)(20)(24)(26)の内部を流通する冷媒との間の熱交換面積が最大になるような深さまで、前記各要素(12)(14)(16)(18)(20)(24)(26)の内部に侵入するようになっていることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記測定手段(40)は、熱伝導性のペースト(35)によって取り囲まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍サイクル。
【請求項５】
前記少なくとも１つの空間(30)は、手袋の指の部分のようなシリンダ形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍サイクル。
【請求項６】
参照センサとして働く第２の測定手段(40’)を収容する第２の空間(30)が、前記要素の中に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍サイクル。
【請求項７】
前記第２のセンサ(40’)は、一定量のエネルギーを供給するエネルギー源と接続され、このエネルギー量、および前記第１のセンサ(40)によって測定される温度と、エネルギーの供給を受ける前記第２のセンサ(40’)の温度の差によって、冷媒の流量が定められることを特徴とする請求項６記載の冷凍サイクル。
【請求項８】
前記各センサ(40) (40’)は、熱電対であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冷凍サイクル。
【請求項９】
前記各センサ(40) (40’)は、負の温度係数を有するセンサであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの要素が冷媒の物理量を測定する手段を収容しうるようになっている自動車用空調装置の冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置の典型的な冷凍サイクルにおいては、一般に、この冷凍サイクル自体、およびその構成要素の物理的な機能に関する定量的または定性的な情報、特に冷媒の圧力、流量、または温度に関する情報を得ることは困難である。
【０００３】
これらの情報は、自動車の乗員に心地よさを与えるため、冷凍サイクルの機能と出力を改善する上で、非常に有用となるものである。そのため、空調装置の出口、またはコンプレッサ、熱交換器、エバポレータ、コンデンサ、逆止弁、もしくは冷媒ダクトのような構成要素の内部に、冷媒の圧力や温度を測定するセンサを設置することが行われている。
【０００４】
しかし、これらのセンサは、割り込み型の配置とされるため、センサを設置したり、交換する度に、冷凍サイクルの冷媒を交換する必要があった。そのため、測定の精度に疑義が生じることもある。
【０００５】
また、冷媒循環経路の気密性を保持する上でも支障となる。特にコンプレッサ内部の圧力が、Ｒ１３４Ａ型冷媒の場合に、２８×１０5Ｐａ（２８bar）を超えたり、ＣＯ2（Ｒ７４４）型超臨界冷媒の場合に、１３５×１０5Ｐａ（１３５bar）を超えたりすることがあり、大きな問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、製造費を高騰させることなく、上述の冷媒経路の気密性の問題を解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の目的を達成するため、冷媒、エバポレータ、コンデンサ、コンプレッサ、熱交換器、逆止弁、および少なくとも１つの冷媒用ダクトを具備する自動車用空調装置の冷凍サイクルにおいて、これら要素のうち少なくとも１つが、この要素の外側に向けて開放し、冷媒の圧力、流量および温度のいずれかの物理量を測定する手段を収容する少なくとも１つの空間を有するようにする。
【０００８】
前記空間の形状は、この空間が設けられる要素、および空調装置の機能が空間の形状によって害されることのないよう、割り込み型とはしない。
【０００９】
前記少なくとも１つの空間は、前記各要素を製造する際に、これらの要素と一体に形成されるのが好ましい。
【００１０】
測定の精度を上げるため、前記少なくとも１つの空間は、この空間と前記各要素の内部を流通する冷媒との間の熱交換面積が最大になるような深さまで、前記各要素の内部に侵入するように設けられる。
【００１１】
前記空間に収容される測定手段に伝導される熱の損失を少なくするため、前記測定手段は、熱伝導性のペーストによって取り囲まれている。
【００１２】
前記少なくとも１つの空間は、手袋の指の部分のようなシリンダ形状を有するのが好ましい。
【００１３】
測定結果の精度を上げるため、前記要素の中に第２の空間を設け、この第２の空間は、参照センサとして働く第２の測定手段を収容するのが好ましい。
【００１４】
前記センサは、熱電対または負の温度係数を有するセンサであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、冷媒気密性が確保され、センサの交換が容易で、かつ冷媒の交換が不要となる冷凍サイクルが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の他の特徴、詳細および効果は、添付の図面を参照して行う以下の例示的な説明から明らかになると思う。
【００１７】
図１は、自動車の車室用空調装置における冷凍サイクルを模式的に表したものである。この冷凍サイクル10は、典型的な要素であるエバポレータ12、コンデンサのようなガス冷却器14、コンプレッサ16、熱交換器18、および逆止弁20を備えている。例えばＲ１３４Ａ型冷媒のような冷媒を循環させるためのダクト24と26は、冷凍サイクルを構成する上述の各要素と連結している。
【００１８】
図２は、上述の冷凍サイクルを構成する要素の一つ、例えばエバポレータ12の一部を拡大して示す。エバポレータ12には、このエバポレータ12の外部に向けて開放し、その内部では有底となっている、手袋の指の部分に似た円筒形の空間30が穿設されている。
【００１９】
この空間30は、測定に好ましい領域で冷媒と接触するよう、エバポレータ12の内部に向けて延びている。したがって、空間30は、この空間30と冷媒の接触面積が最大となるように、エバポレータ12の内部に位置している。このような空間を形成したのは、空間と冷媒との間の熱交換が、測定の精度を改善し、システムの温度を一定に保つ上で最も重要な要因であるからである。実際、空間30をこのような配置としたため、空間のほぼ全部が冷媒の中に置かれている。
【００２０】
冷凍サイクルの要素、ここではエバポレータ12を製造する際には、空間30は、例えば鋳型を用いて一体形成するなどの方法により、エバポレータ12と同時に形成される。したがって、冷媒ダクトを塞ぐように例えば部材を螺着するのとは異なり、冷凍サイクルを構成する要素の内部で、冷媒の完全な気密性が保たれる。
【００２１】
熱伝導性のペースト35を、エバポレータの内部に入らないようにして、空間30の内壁32に塗りつけ、その後にセンサ40が挿入される。このペースト35は、センサ40を、空間30内において定位置に保持し、エバポレータ中で冷媒が放出する熱を、損失を少なく保ちながら、センサ40まで伝導させる。
【００２２】
センサ40は、典型的には熱電対、または負の温度係数をもつセンサである。センサ40は、冷媒の温度を測定し、二相状態にある領域における冷媒の圧力または流量を計算（後述する）によって求めることができる。センサ40は、信号処理装置（図示せず）と接続されている。信号処理装置は、コンプレッサの作動、またはコンプレッサ以外の要素の作動を制御するなどして、装置の機能を調節したり、装置の状態を確認するために、測定値を利用する。
【００２３】
図３に示す変形例においては、２つのセンサ40,40’が、図２に示した実施形態のように、エバポレータに直接設けられた２つの空間30, 30にそれぞれ配置されている。２つの空間30, 30は、互いにごく近い距離のところに設けられている。この空調装置においては、冷媒に関連する物理量の定量的な測定を行うことができる。
【００２４】
実際、第２のセンサ40’は、参照センサとして働く。このため、参照センサ40’は、冷媒の温度（熱）を精度よく測定できるように、エネルギー源から、Ｑ＝ＲＩ2（Ｑは電力、Ｒは抵抗、Ｉは電流）の関係式で表される一定のエネルギー（電力Ｑ）を受け取る。この場合、参照センサ40’の温度Ｔと、センサ40によって測定された温度Ｔrの差は、参照センサ40’に与えられた電力Ｑに比例する。
【００２５】
冷媒の流量は、次の式から導くことができる。
Ｑ＝ＲＩ2＝ｋｓ（Ｔ−Ｔr）
ここで、ｋは、空間の熱伝導率Ｗ／ｍ2・℃であり、ｓは、冷媒との間で熱交換が行われる空間の表面積である。また、Ｔは参照センサの温度であり、Ｔrの差は、温度の測定値である。ｋとｓの積は、次式に示すように、冷媒の流量Ｍ、冷媒の圧力、および冷媒の温度の関数である。
ｋｓ＝ｆ（Ｍ，圧力，温度）
簡単に表すと、ｋｓ＝ａＭｂとなる。ここで、ａ＝ｆ（圧力，温度）であり、ｂは熱交換係数である。
【００２６】
例えば、空間30が直径２ｍｍ、長さ１５ｍｍのチューブ状であるときは、熱交換に係る表面積ｓは、ｓ＝π×２×１５＝９．４×１０-5ｍ2となる。空間30と冷媒との熱交換量が８００Ｗ／ｍ2・Ｋであるときには、ｋｓ＝０．０７５２Ｗ／℃となる。
【００２７】
参照センサ40’が１Ｗの電力によって加熱されたときは、Ｔ−Ｔr＝１３．３℃となる。同様に、参照センサ40’が２Ｗの電力によって加熱されたときは、Ｔ−Ｔr＝２６．６℃となる。１Ｗの電力と関連づけて２Ｗの電力下で測定することの利点は、２６．６℃までは、センサの精度の問題の次に起こる測定値の不正確さ（約２℃）が、１３．３℃で測定するよりも小さくなることにある。
【００２８】
冷媒の流量は、次式によって導くことができる。
Ｑ＝ｋｓ（Ｔ−Ｔr）
すなわち、ｋｓ＝Ｑ／（Ｔ−Ｔr）である。
前述の式、ｋｓ＝ａＭｂを用いると、Ｍ＝ｋｓ／ａｂとなる。Ｍは、冷媒の流量である。
【００２９】
センサが二相領域（気体の飽和法則が適合する領域）に置かれているときには、上式の適合性はよくない。
【００３０】
図４と図５は、それぞれＲ１３４型の冷媒と、ＣＯ2型の冷媒のモリエル線図である。これらのモリエル線図は、冷媒が二相状態にある領域、すなわち冷媒の流量が飽和法則に従って推定される領域において用いられる。
【００３１】
モリエル線図による推定は、すべてが液体（例えばコンデンサの出口）、またはすべてが気体（例えばエバポレータまたはコンプレッサの出口）である領域においては当てはまらない。しかし、これらの領域で冷媒の温度を知ろうとする際には、興味のある結果が得られる。
【００３２】
相が変化するときの圧力と温度を関連づける冷媒の飽和法則によれば、センサで測定された温度を用いて、冷凍サイクルの要素を流れる冷媒の圧力を求めることもできる。この情報は、冷凍サイクルの要素が例えばコンプレッサであるときには、センサを低圧力領域または高圧力領域に設置し、これらの領域においては、気相の冷媒と液相の冷媒が入り混じった状態が二相状態に相当することを考慮に入れるならば、有用となる。
【００３３】
上記の実施形態は、本発明を単に例示するためのものであって、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００３４】
したがって、本発明は、エバポレータ、ガス冷却器（特にＲ１３４Ａ型冷媒におけるコンデンサ）、コンプレッサ、および逆止弁の外にも、空調装置の冷凍サイクルを構成するあらゆる要素に適用することができる。
【００３５】
センサは、これらの要素の入口または出口に当たる冷媒の循環ダクトにも、設置することができる。
【００３６】
上述の実施形態においては、冷凍サイクル10は、Ｒ１３４Ａ冷媒を用いている。しかし、ＣＯ2冷媒のような超臨界冷媒も用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】自動車用空調装置における冷凍サイクルの模式図である。
【図２】図１の冷凍サイクルの一要素で、センサを具備するエバポレータの一部を詳細に示す側断面図である。
【図３】図２の変形例を示す側断面図である。
【図４】Ｒ１３４型の冷媒が二相状態にある領域を示すモリエル線図である。
【図５】ＣＯ2型の冷媒が二相状態にある領域を示すモリエル線図である。
【符号の説明】
【００３８】
10  冷凍サイクル
12  エバポレータ
14  コンデンサ（ガス冷却器）
16  コンプレッサ
18  熱交換器
20  逆止弁
24,26  冷媒ダクト
30  空間
35  ペースト
40  測定センサ
40’参照センサ
【図１】
2004184073.tif 000003
【図２】
2004184073.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004184073.tif 000006
【図５】
2004184073.tif 000007