(57)【要約】【課題】  ＣＯ2 を空調装置等の冷凍サイクルにおいて冷媒として使用すると、コンプレッサの吐出側の圧力が非常に高くなるため、冷媒流路を切り替えるために３方電磁弁等を使用した場合に、万一にもコンプレッサの停止よりも前に電磁弁が閉弁すると、電磁弁に作用する圧力がその設計圧力を超える恐れがあるので、それを防止する。【解決手段】  制御装置２３は、コンプレッサ１が停止した時に、その停止時期から所定の時間が経過するのを待った後に電磁弁２１への通電を遮断して閉弁させる。また、コンプレッサ１の作動中に、万一にも電磁弁２１が閉弁状態になった時は、制御装置２３が、電磁弁２１が閉弁したことを通電状態から、或いは圧力センサ３１の検出値から判定してコンプレッサ１を直ちに停止させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2 を冷媒とすると共に、冷媒流路の一部を常時閉弁型の電磁弁によって開閉操作するように構成された冷凍サイクルであって、冷媒を圧縮するコンプレッサが停止した時に、その停止時期から所定の時間が経過するのを待った後に、前記電磁弁への通電を遮断して前記電磁弁を閉弁させる制御装置を備えていることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
請求項１において、前記電磁弁が、前記冷凍サイクルの中でも高圧側となる部分であって、しかも前記コンプレッサの近傍に設けられていることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記電磁弁がパイロット式の電磁弁であることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項４】
ＣＯ2 を冷媒とすると共に、冷媒流路の一部を常時閉弁型の電磁弁によって開閉操作するように構成された冷凍サイクルであって、冷媒を圧縮するコンプレッサの作動中に前記電磁弁が閉弁状態になったことを検出した時に、前記コンプレッサを直ちに停止させる制御装置を備えていることを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項５】
請求項４において、前記電磁弁が閉弁状態になったことを前記電磁弁への通電状態から判定することを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項６】
請求項４において、前記電磁弁が閉弁状態になったことを、前記コンプレッサの吐出側と前記電磁弁との間に設けられた圧力センサの検出値が所定値を越えることによって判定することを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、冷房運転と暖房運転との切り替えに対応して、前記電磁弁が、複数個設けられた前記冷媒流路を切り替える３方電磁弁であることを特徴とする冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ2 （二酸化炭素）等の使用圧力の高い冷媒を使用した冷凍サイクルに係り、特に、冷媒流路の開閉（例えば冷房運転と暖房運転の切替え等）を行うサイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されているＲ１３４ａ、Ｒ２２等の冷媒を用いた冷凍サイクルでは、ヒートポンプによる暖房運転と冷房運転との冷媒流路の切替えに４方弁（非特許文献１、Ｐ．１５４、図４・２・１３及び図４・２・１４参照）を使用している。
また、複数のエバポレータを並列に接続してエバポレータの冷媒流路を切替える冷凍サイクルでは、直動型電磁弁（非特許文献１、Ｐ．１４９、図４・２・１参照）や、パイロット式電磁弁（非特許文献１、Ｐ．１４９、図４．２．２参照）が使用されている。
【非特許文献１】（社）日本冷凍協会、Ｈ５・６・２５発行、「冷凍空調便覧」（第II巻、機器編）、第５版
【０００３】
これに対して、ＣＯ2 冷媒を用いたサイクルにおいて冷媒流路の切替えを行おうとすると、ＣＯ2 冷媒の使用圧力が従来から使用されているＲ１３４ａ、Ｒ２２冷媒の５倍〜１０倍にも達するため、次のような問題が発生する。
まず、従来から暖房運転と冷房運転の切替えに使用されている４方弁によって冷媒流路の切替えを行なうと、４方弁内部の冷媒漏れ量が増大する。これは、従来から使用されている４方弁の構造が非特許文献１に示すように、スライドする弁部により高圧流路と低圧流路を同時に切り替えるようになっているため、弁部周囲の隙間部において高圧部と低圧部の間をシールする必要があるが、高圧と低圧との圧力差が大きいＣＯ2 では従来よりも洩れ量が増加するためである。
【０００４】
しかし、この隙間部は弁部がスライドするためのクリアランスとして確保する必要があり、それを縮小することが困難なため、洩れ量の増加を抑制することができない。
このため、４方弁の代わりに電磁弁を用いて暖房運転と冷房運転の切替えを行なうと、高圧側のＣＯ2 冷媒が超臨界状態で使用されるため、電磁弁の開閉時に冷媒の過大な圧力上昇が発生し易い。
【０００５】
従来から使用されている冷媒は臨界点以下において使用されており、かつ、電磁弁がコンデンサの出口側に接続されているため、コンプレッサの稼働中に電磁弁が閉じた場合でも、コンプレッサによって圧縮された冷媒がコンデンサにおいて冷却されて、その内部で凝縮液化するため、圧力上昇が緩やかになる。
【０００６】
これに対し、ＣＯ2 冷媒では高圧側は超臨界状態のため、それをガスクーラによって冷却しても凝縮しないので、急激に内部の圧力が上昇することになる。この現象は、暖房運転と冷房運転の切替えのために４方弁の代わりに電磁弁を使用すると、コンプレッサの出口に電磁弁を設置することになるため、コンプレッサ吐出側の内部容積が小さくなり、さらに極端な圧力上昇が発生するという結果を招く。
【０００７】
一方、切替えのために使用する電磁弁としては、作動圧力の高いＣＯ2 冷媒の場合でも、コイルを小型化することができるパイロット式電磁弁を使用することが望ましいが、電磁弁としては常閉型（コイル通電ＯＦＦで閉弁）となるため、万一にもコンプレッサの稼動中に電磁弁が閉弁（コイル電流ＯＦＦ）すると、高圧圧力の急上昇により電磁弁の設計圧力を超える恐れがある。
また、コンプレッサのクラッチＯＦＦと同時に電磁弁が閉弁（コイル電流ＯＦＦ）した場合も、冷媒の流れを遮断する結果、図４に示すように、高圧側にパルス状の圧力ピークが発生するため、同様に設計圧力を超える恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来技術における前述のような問題点に鑑み、ＣＯ2 等の使用圧力の高い冷媒を用いる冷凍サイクルにおいて、電磁弁による冷媒流路の開閉作動時に発生する過大な圧力上昇を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するために請求項１に記載された通りの冷凍サイクルを提供する。この冷凍サイクルにおいては、冷媒を圧縮するコンプレッサが停止した時に、制御装置が、コンプレッサの停止した時期から所定の時間が経過するのを待った後に電磁弁への通電を遮断して電磁弁を閉弁させる。従って、ＣＯ2 を冷媒とするために運転中のコンプレッサの吐出圧が高くても、電磁弁が閉弁する時期には圧力が低下して設計圧力以下となっているので電磁弁が破損する恐れがない。これは、電磁弁が、冷凍サイクルの冷媒流路の中でも高圧側となる部分であって、しかもコンプレッサの近傍に設けられている場合に特に効果的である。電磁弁としてパイロット式のものを使用することができる。
【００１０】
本発明はまた、前記の課題を解決するために、請求項４に記載された通りの冷凍サイクルを提供する。この冷凍サイクルにおいては、コンプレッサの作動中にその吐出側の冷媒流路を開閉する電磁弁が何らかの原因によって閉弁すると、閉弁状態になったことを検出した時に制御装置がコンプレッサを直ちに停止させる。従って、ＣＯ2 を冷媒とするために運転中のコンプレッサの吐出圧が高くても、電磁弁が閉弁した時には直ちにコンプレッサが停止するので、電磁弁に作用するコンプレッサの吐出側の圧力が電磁弁の設計圧力を超えるのを防止することができる。電磁弁が閉弁状態になったことは、例えば電磁弁への通電の有無によって判定することができるし、コンプレッサの吐出側と電磁弁との間に圧力センサを設けて、その検出値が所定値を越えることによっても判定することもできる。
【００１１】
本発明は、冷房運転と暖房運転とを切り替える目的において、ＣＯ2 を冷媒とする冷凍サイクルに複数個設けられた冷媒流路を切り替えるために３方電磁弁が設けられている場合に、その３方電磁弁を保護するために好適に実施し得る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）常閉タイプの３方電磁弁を用いても、ＯＦＦ（閉）状態のままコンプレッサを起動することが無いため、コンプレッサ吐出側の冷媒圧力が急上昇することがない。
（２）コンプレッサを停止させる時に高圧側の３方電磁弁のＯＦＦ（閉止）を遅らせるため、３方電磁弁の上流側での圧力ピークの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
車両用空調装置に適用される冷凍サイクルの実施例を示す図１において、１は冷媒を高圧に圧縮するコンプレッサ、２は高温・高圧の冷媒を冷却するために車室外に設けられたガスクーラ、４は低圧冷媒と車室内空気との間で熱交換をするエバポレータ、５は低圧の液冷媒とガス冷媒を分離し、ガス冷媒のみをコンプレッサ１に送り出すアキュムレータ、７はエバポレータ４に流入する冷媒を減圧する絞りを示す。
図１において３は、冷媒を減圧膨張させる際に圧力エネルギを速度エネルギに変換して、低圧側のエバポレータ４において蒸発した冷媒を吸引するエジェクタを示しており、６は、ガスクーラ２において冷却された高圧冷媒と、アキュムレータ５において分離された低圧のガス冷媒との間で熱交換をさせる内部熱交換器を示している。
【００１４】
また、１０は、暖房運転時に室内空気を加熱する室内ガスクーラを、１１は暖房運転時の高圧圧力を調整する膨張弁を、２１及び２２は、冷房運転時と暖房運転時の冷媒流路の切替えを行う３方電磁弁を示す。
更に、２３は、３方電磁減弁２１及び２２を駆動するとともに、冷房運転時にコンプレッサ１の図示しない容量制御弁とエジェクタ３を制御し、また、暖房運転時にコンプレッサ１の容量制御弁と膨張弁１１を制御するＥＣＵを示している。なお、３０は温度センサ、３１は圧力センサである。
【００１５】
図１に示す実施例において、冷凍サイクルの基本的な部分は従来と同等の作動を行う。すなわち、冷房運転時にはＥＣＵ２３によって３方電磁弁２１をＯＮとして室内ガスクーラ１０をバイパスするように冷媒を流すと共に、３方電磁弁２２をＯＦＦとして、内部熱交換器６側に冷媒を流すように設定する。これにより、コンプレッサ１によって高温・高圧に圧縮された冷媒を車室外のガスクーラ２によって冷却し、内部熱交換器６において低圧側冷媒と熱交換させた後にエジェクタ３によって減圧膨張させる。
【００１６】
減圧することにより低圧・低温となった冷媒は、アキュムレータ５内で液冷媒とガス冷媒に分離し、液冷媒が絞り７で減圧して、さらに低温となった後にエバポレータ４において車室内の空気から熱を奪ってエジェクタ３により吸引される。一方、ガス冷媒は、内部熱交換器６において高圧側冷媒により加熱されてコンプレッサ１に吸引される。ＥＣＵ２３は、ガスクーラ２の出口側に設けられた冷媒温度センサ３０の検出温度に基づいてＣＯＰが最適となる目標圧力を算出し、それが圧力センサ３１によって検出される高圧圧力と一致するようにエジェクタ３の開度を制御する。
【００１７】
この実施例においては、ＥＣＵ２３は３方電磁弁２１への通電状態をモニタしており、図２のフローチャートに示すように、３方電磁弁２１の作動状態を確認した後にコンプレッサ１の容量制御弁に通電してコンプレッサ１の起動を行う。また、運転時にも３方電磁弁２１への通電状態をモニタし、万一にも閉止状態を検出した場合にはコンプレッサを停止させる。
【００１８】
また、コンプレッサ１を停止する場合には、図３に示したように、コンプレッサ１の容量制御弁をＯＦＦとし、更に５ｓｅｃ経過した後に３方電磁弁２１への通電をＯＦＦとする。これにより、図４に示すような３方電磁弁２１の上流側における圧力ピークの発生を防ぐことが出来るので、圧力の変化は図５のようになる。
【００１９】
暖房運転時には、ＥＣＵ２３により３方電磁弁２１をＯＦＦとして、室内ガスクーラ１０側へ加圧された高温の冷媒を流し、３方電磁弁２２はＯＮとしてアキュムレータ５へ冷媒をバイパスさせる。これにより、コンプレッサ１から高温の吐出冷媒を室内ガスクーラ１０へ流して車室内を暖房した後に膨張弁１１によって減圧し、低温となった冷媒をガスクーラ２において室外空気と熱交換させる。また、アキュムレータ５において気液分離したガス冷媒のみを内部熱交換器６を経由してコンプレッサ１に戻す。
【００２０】
ＥＣＵ２３は、冷房運転時と同様に３方電磁弁２２への通電状態をモニタしており、この場合も３方電磁弁２２の作動状態を確認した後にコンプレッサ１の容量制御弁に通電してコンプレッサ１の起動を行う。なお、３方電磁弁２２は低圧冷媒を切替えているため、コンプレッサ１の停止時には、単にコンプレッサ１の容量制御弁をＯＦＦとすればよく、その後に、図３に示すように３方電磁弁２２のＯＦＦを遅らせる必要はない。
【００２１】
なお、図示実施例では冷房運転時の膨張手段としてエジェクタを用いているが、これに代えて通常の膨張弁を用いても良い。
【００２２】
図６は、３方電磁弁２２の開閉確認を、コンプレッサ１から３方電磁弁２１までの間に設置した圧力センサ３１によって検出される圧力によって行う他の実施例の作動を示したものである。
この実施例では、冷房運転中に高圧圧力が上昇して、エジェクタ３を全開させても目標高圧よりも所定値以上高い圧力が発生した場合に、３方電磁弁２１が閉止したものと判定してコンプレッサ１を停止させる。
この実施例によれば、異常高圧判定よりも低い圧力でコンプレッサ１を停止させることができるため、高圧圧力のオーバシュートが発生しても、高圧圧力を設計圧力以下に保持することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の冷凍サイクルは車両用空調装置のほか、一般的な空調装置や冷凍装置にも適用することができる。また、本発明においては冷媒としてＣＯ2 （二酸化炭素）を使用しているが、冷媒としてＣＯ2 を使用することには特に意味がないので、ＣＯ2 と同様に高圧まで圧縮しても容易に液化しない他の物質（一般的に、超臨界流体）を冷媒とする場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例のシステム構成図である。
【図２】１つの制御例を示すフローチャートである。
【図３】他の制御例を示すフローチャートである。
【図４】従来技術の問題点を示す線図である。
【図５】本発明の効果を示す線図である。
【図６】他の実施例の作動を示す線図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…コンプレッサ
２…ガスクーラ
３…エジェクタ
４…エバポレータ
５…アキュムレータ
６…内部熱交換器
７…絞り
１０…室内ガスクーラ
１１…膨張弁
２１，２２…３方電磁弁
１３…電子式制御装置（ＥＣＵ）
３０…温度センサ
３１…圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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