JP2009243784A - 冷媒不足検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒量が不足していることを適切に検出できる汎用性の高い冷媒不足検出装置を提供する。
【解決手段】放熱器１２として、凝縮用熱交換部１２ａ、受液部１２ｂおよび過冷却用熱交換部１２ｃを有して構成されるサブクール型の凝縮器を採用し、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度を検出する凝縮冷媒温度センサ２５および過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した温度を検出する過冷却冷媒温度センサ２６を設ける。さらに、凝縮冷媒温度センサ２５の検出値Ｔｃｏから過冷却冷媒温度センサ２６の検出値Ｔｓｃを減算した温度差Ｔｃｏ−Ｔｓｃが判定値ＫＴ以下となっているときに、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足していると判定する冷媒不足判定手段を設けることで、冷媒量が不足していることを適切に検出できる汎用性の高い冷媒不足検出装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に充填された冷媒量が不足していることを検出する冷媒不足検出装置に関する。

従来、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に充填された冷媒量が不足していることを検出する冷媒不足検出装置が知られている。

例えば、特許文献１の冷媒不足検出装置では、制御装置が予め記憶している制御マップ上において、圧縮機吸入冷媒の圧力および外気温に基づいて決定されるポイントが、圧縮機回転数に基づいて決定される閾値よりも低い場合に、冷凍サイクル装置に充填された冷媒量が不足しているものと判定している。

また、特許文献２の低温ショーケースおよび冷蔵庫用の冷凍サイクル装置に適用された冷媒不足検出装置では、受液器から流出した冷媒の体積流量を検出して、この検出流量値が予め定めた判定値より高い値となった場合に、冷凍サイクル装置に充填された冷媒量が不足しているものと判定している。
特開平６−１９４０１４号公報 特開平７−１５１４３２号公報

しかしながら、特許文献１の冷媒不足検出装置では、圧縮機回転数の増加に伴って圧縮機吸入冷媒の圧力が所定の割合で低下することを前提として冷媒不足を検出している（特許文献１の段落０００５参照）。

従って、例えば、圧縮機として吐出容量を連続的に変更可能に構成された可変容量型圧縮機を採用する冷凍サイクル装置では、冷媒不足を適切に検出することができない。その理由は、可変容量型圧縮機では、圧縮機回転数が増加しても、吐出容量を変更すると圧縮機吸入冷媒の圧力低下割合が変化してしまうからである。

また、特許文献２の冷媒不足検出装置では、通常運転時に受液器から流出する冷媒流量が略一定量となることを前提として判定値を決定している（特許文献２の段落０００９参照）。従って、例えば、空調熱負荷等によってサイクル内を循環する循環冷媒流量を変化させる冷凍サイクル装置では、冷媒不足を適切に検出することができない。

上記点に鑑み、本発明は、冷凍サイクル装置に充填された冷媒量が不足していることを適切に検出できる汎用性の高い冷媒不足検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）を備える冷凍サイクル装置（１０）に適用される冷媒不足検出装置であって、放熱器（１２）は、圧縮機（１１）吐出冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換部（１２ａ）、凝縮用熱交換部（１２ａ）から流出した冷媒の気液を分離する受液部（１２ｂ）、および、受液部（１２ｂ）から流出した飽和液相冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部（１２ｃ）を有しており、さらに、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度に相関を有する物理量を検出する第１温度検出手段（２５、２７）と、過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の温度に相関を有する物理量を検出する第２温度検出手段（２６）と、第１温度検出手段（２５、２７）の検出値に基づいて決定される第１検出温度（Ｔｃｏ）から第２温度検出手段（２６）の検出値に基づいて決定される第２検出温度（Ｔｓｃ）を減算した減算値（Ｔｃｏ−Ｔｓｃ）が、予め定めた判定値（ＫＴ）以下となっているときに、冷凍サイクル装置（１０）に充填された冷媒量が不足していると判定する冷媒不足判定手段（Ｓ７）とを備えることを特徴とする。

ところで、凝縮用熱交換部（１２ａ）、受液部（１２ｂ）および過冷却用熱交換部（１２ｃ）を有して構成される放熱器（１２）を採用する冷凍サイクル装置（１０）では、充填された冷媒量が適正範囲であれば、余剰液相冷媒を受液部（１２ｂ）に蓄えることができるので、飽和液相冷媒のみを過冷却用熱交換部（１２ｃ）へ流入させることができる。

従って、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度は、冷媒の凝縮圧力に対応した飽和温度となる。一方、過冷却用熱交換部（１２ｃ）では、飽和液相冷媒が安定的に冷却されるので、過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の温度は、ほぼ安定した過冷却度を有する温度となる。

その結果、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度と過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した温度との温度差は、ほぼ一定の値となる。

これに対して、冷凍サイクル装置（１０）に充填された冷媒量が不足していると、受液部（１２ｂ）内の飽和液相冷媒が不足して、飽和液相冷媒のみならず飽和気相冷媒も過冷却用熱交換部（１２ｃ）へ流入してしまう。このため、過冷却用熱交換部（１２ｃ）においても冷媒が凝縮する。

その結果、過冷却用熱交換部（１２ｃ）で飽和液相冷媒が冷却されにくくなり、過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した液相冷媒の過冷却度が低下してしまう。

つまり、充填された冷媒量が不足している場合には、充填された冷媒量が適切である場合に対して、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度と過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した温度との温度差が縮小する。なお、本請求項における過冷却度とは、冷媒の凝縮圧力に対応する飽和温度からの温度低下量の絶対値を示すものである。

従って、請求項１に記載の発明のように、第１検出温度（Ｔｃｏ）から第２検出温度（Ｔｓｃ）を減算した温度差（Ｔｃｏ−Ｔｓｃ）が、判定値（ＫＴ）以下となっているときに、冷凍サイクル装置（１０）に充填された冷媒量が不足していると判定する冷媒不足判定手段（Ｓ７）を備えることで、充填された冷媒量の不足を適切に検出できる。

さらに、圧縮機（１１）の冷媒吐出能力が変動する冷凍サイクル装置であっても、圧縮機（１１）の回転数が増減と圧縮機（１１）吸入冷媒の圧力変化が相関を有していない冷凍サイクル装置であっても、上述の冷媒量の不足による温度差の縮小が生じるので、これらの冷凍サイクル装置へ適用可能な汎用性の高い冷媒不足検出装置を提供できる。

請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の冷媒不足検出装置において、第１温度検出手段は、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度を検出する凝縮冷媒温度センサ（２５）であり、第２温度検出手段は、過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の温度を検出する過冷却冷媒温度センサ（２６）であってもよい。

請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の冷媒不足検出装置において、第１温度検出手段は、過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の圧力を検出する過冷却冷媒圧力センサ（２７）であり、第２温度検出手段は、過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の温度を検出する過冷却冷媒温度センサ（２６）であってもよい。

過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の圧力は、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の圧力と同等であるから、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の凝縮圧力に相当する値である。従って、この凝縮圧力から冷媒の物性によって決まる飽和液相冷媒の飽和温度を推定できる。

つまり、過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の圧力は、凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度に相関を有する物理量であり、過冷却冷媒圧力センサ（２７）の検出圧力（Ｐｓｃ）から第１検出温度（Ｔｃｏ）を決定することができる。従って、冷凍サイクル装置（１０）に充填された冷媒量の不足を適切に検出できる。

さらに、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の冷媒不足検出装置において、過冷却冷媒圧力センサ（２７）は、放熱器（１２）から放熱器（１２）流出冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）へ至る冷媒流路に設けられていてもよいし、請求項５に記載の発明のように、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の冷媒不足検出装置において、過冷却冷媒温度センサ（２６）は、放熱器（１２）から放熱器（１２）流出冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）へ至る冷媒流路に設けられていてもよい。

これにより、第１温度検出手段（２７）および第２温度検出手段（２６）を冷凍サイクル装置（１０）に配置する際の搭載性を向上でき、より一層、冷媒不足検出装置の汎用性を向上させることができる。

請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷媒不足検出装置において、具体的に、判定値（ＫＴ）は、３℃としてもよい。なお、本請求項における３℃とは、完全に３℃であることのみを意味するものではなく、測定誤差等によって３℃から僅かにずれた値も含む意味である。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷媒不足検出装置において、圧縮機は、駆動源から駆動力を伝達されることによって駆動されるとともに、駆動源に常時連結された可変容量型圧縮機（１１）であることを特徴とする。

この種の可変容量型圧縮機（１１）では、吐出容量を略０％とすることができるので、駆動源からの動力伝達を遮断することなく冷凍サイクル装置（１０）の作動を停止させることができる。つまり、冷凍サイクル装置（１０）の作動を停止させても、可変容量型圧縮機（１１）が駆動されることがある。

このような場合に、冷媒流量が不足していると、可変容量型圧縮機（１１）の潤滑不良を招くおそれがあるので、上述の特徴の冷媒不足検出装置によって、冷凍サイクル装置（１０）に充填された冷媒量の不足を適切に検出できることは極めて有効である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１〜３により、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の冷媒不足検出装置が適用された冷凍サイクル装置１０を備える車両用空調装置１の全体構成図である。

この冷凍サイクル装置１０では、冷媒として通常のフロン系冷媒（具体的には、ＨＦＣ−１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界サイクルを構成している。さらに、この冷媒には、圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油は冷媒とともにサイクルを循環している。

圧縮機１１は、冷凍サイクル装置１０において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、クラッチレス型のプーリおよびベルトを介して車両走行用エンジン（図示せず）から駆動力が伝達されて回転駆動される。

この圧縮機１１は、後述する空調制御装置２０から出力される制御電流Ｉｃによって吐出容量を連続的に変更可能に構成された周知の斜板式可変容量型圧縮機である。なお、吐出容量とは冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積、すなわちピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。

具体的には、圧縮機１１は、吸入冷媒と吐出冷媒とを導入させる斜板室（図示せず）、斜板室へ導入させる吸入冷媒と吐出冷媒との割合を調整する電磁式容量制御弁１１ａ、斜板室の圧力に応じて傾斜角度を変位させる斜板（図示せず）を有して構成される。そして、この斜板の傾斜角度に応じてピストンストローク（吐出容量）が変更される。

電磁式容量制御弁１１ａは、圧縮機１１の吸入冷媒圧力と吐出冷媒圧力との差圧による力を発生する圧力応動機構と、この差圧による力と対向する電磁力を発生する電磁機構とを内蔵しており、差圧による力と電磁力との釣り合いによって弁開度（吸入冷媒と吐出冷媒との割合）を調整して斜板室の圧力を変化させる。

また、電磁機構の電磁力は、空調制御装置２０から出力される制御電流Ｉｃによって決定され、制御電流Ｉｃを増加させると、斜板室の圧力が低下し、斜板の傾斜角度が増加する。これにより、ピストンストロークが増加して、圧縮機１１の吐出流量が増加する。逆に、制御電流Ｉｃを減少させると、斜板室の圧力が上昇し、斜板の傾斜角度が減少する。これにより、ピストンストロークが減少して、圧縮機１１の吐出流量が減少する。

さらに、この圧縮機１１では、制御電流Ｉｃを調整することによって、吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させることができる。このように、本実施形態の圧縮機１１では吐出容量を約０％とすることができるので、上述の如く、圧縮機１１を車両走行用エンジンに常時連結するクラッチレスの構成とすることができる。

圧縮機１１の冷媒吐出側には、放熱器１２が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒と冷却ファン１２ｄにより送風される外気（車室外空気）とを熱交換させて、高圧冷媒を放熱させる放熱用熱交換器である。

本実施形態では、放熱器１２として、冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換部１２ａと、この凝縮用熱交換部１２ａで冷却された冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄える受液部であるモジュレータ部１２ｂと、このモジュレータ部１２ｂから流出した飽和液相冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部１２ｃとを有して構成される、いわゆるサブクール型凝縮器を採用している。

冷却ファン１２ｄは、空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

放熱器１２の出口側（具体的には、過冷却用熱交換部１２ｃの出口側）には、周知の温度式膨張弁１３が接続されている。温度式膨張弁１３は、放熱器１２にて放熱した高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、温度式膨張弁１３下流側（低圧側）へ流出させる冷媒の流量を調整する流量調整手段でもある。

具体的には、温度式膨張弁１３は、後述する蒸発器１４出口側冷媒の過熱度を検出する感温部を有し、この感温部の内部に蒸発器１４出口側冷媒の温度に対応した圧力を発生させ、感温部の内圧と蒸発器１３出口側の冷媒圧力とのバランスで可変絞り機構部１５ｂの冷媒通路面積（冷媒流量）を調整するようになっている。これにより、蒸発器１３出口側冷媒の過熱度を予め定めた値に近づくように調整することができる。

温度式膨張弁１３の出口側には、蒸発器１４が接続されている。蒸発器１４は、温度式膨張弁１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ送風される送風空気とを熱交換させて、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。また、蒸発器１４の冷媒出口側は、圧縮機１１の冷媒吸入側に接続されている。

送風ファン１４ａは、空調制御装置２０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

なお、蒸発器１４は、車両用空調装置の室内空調ユニットにおいて車室内送風空気の空気通路を形成するケース１５内に配置されている。また、このケース１５内の蒸発器１４の空気流れ下流側には、蒸発器１４通過後の冷風を流すための加熱用冷風通路、冷風バイパス通路といった冷風通路が形成されている。

加熱用冷風通路は、蒸発器１４通過後の冷風を再加熱する加熱用熱交換器であるヒータコア１６へ冷風を導く冷風通路である。ヒータコア１６は、車両走行用エンジンの冷却水回路を循環する高温のエンジン冷却水を内部に流入させ、エンジン冷却水と蒸発器１４通過後の冷風とを熱交換させて、冷風を再加熱するものである。

冷風バイパス通路は、ヒータコア１６を迂回するように蒸発器１４通過後の冷風を流す冷風通路である。さらに、蒸発器１４とヒータコア１６との間には、加熱用冷風通路側へ流れる冷風量と冷風バイパス通路側へ流れる冷風量との風量割合を変化させるドア手段であるエアミックスドア１７が配置されている。

このエアミックスドア１７は、図示しないリンク機構を介して、駆動用のサーボモータに連結されて回転操作される。なお、エアミックスドア１７駆動用のサーボモータは、空調制御装置２０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

冷風バイパス通路およびヒータコア１６の空気流れ下流側には、冷風バイパス通路を通過した冷風と、ヒータコア１６にて加熱された温風とを混合する混合空間が形成されている。そして、この混合空間で冷風と温風とが混合されることによって、室内送風空気の温度調節がなされる。

そして、混合空間にて温度調整された室内送風空気は、図示しないデフロスタ開口部、フェイス開口部、フット開口部を介して、それぞれ車両窓ガラスの内側面、乗員の上半身（顔部）側、乗員の下半身（足下）側に向けて吹き出される。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。空調制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。そして、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、上述の各種電気式アクチュエータ１１ａ、１２ｄ、１４ａ、１７等の作動を制御する。

空調制御装置２０の入力側には、空調用センサ群２１〜２６および車室内に配置された操作パネル３０が接続されており、空調用センサ群２１〜２６の検出信号および操作パネル３０に設けられた各種操作スイッチ３１〜３３の操作信号等が入力される。

空調用センサ群としては、具体的に、外気温Ｔａｍを検出する外気温センサ２１、内気温Ｔｒを検出する内気温センサ２２、車室内に入射する日射量Ｔｓを検出する日射センサ２３、蒸発器１４のフィン温度Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ２４、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度Ｔｃｏを検出する第１温度検出手段である凝縮冷媒温度センサ２５、過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した冷媒の温度Ｔｓｃを検出する第２温度検出手段である過冷却冷媒温度センサ２６等が設けられている。

本実施形態では、凝縮冷媒温度センサ２５として、具体的に、モジュレータ部１２ｂから過冷却用熱交換部１２ｃへ流入する冷媒温度を検出するサーミスタを採用している。もちろん、他の形式の検出手段（例えば、熱電対等）を採用してもよい。さらに、モジュレータ部１２ｂに貯留された冷媒温度を検出してもよいし、凝縮用熱交換部１２ｂ出口側から過冷却熱交換部１２ｃへ至る冷媒流路の表面温度を検出してもよい。

また、過冷却冷媒温度センサ２６として、具体的に、過冷却用熱交換部１２ｃの出口側から温度式膨張弁１３の入口側へ至る冷媒配管の表面温度を検出するサーミスタを採用している。もちろん、他の形式の検出手段を採用してもよいし、過冷却用熱交換部１２ｃの出口側から温度式膨張弁１３の入口側へ至る冷媒配管（冷媒流路）を流通する冷媒温度を直接検出してもよい。

操作パネル３０の操作スイッチとしては、具体的に、車両用空調装置の作動指令信号を出力するエアコンスイッチ３１、空調状態の自動制御を要求する自動制御要求信号を出力するオートスイッチ３２、冷却対象空間である車室内の目標温度Ｔｓｅｔを設定する目標温度設定手段をなす温度設定スイッチ３３等が設けられる。

さらに、操作パネル３０の表示板には、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足していると判定された場合に、これを乗員に警告する警告手段である警告灯３４が設けられている。

また、空調制御装置２０の出力側には、圧縮機１１の電磁式容量制御弁１１ａ、冷却ファン１２ｄおよび送風ファン１４ａの電動モータ、エアミックスドア１７のサーボモータ等の電気式アクチュエータおよび操作パネル３０の入力側が接続され、これらの機器の作動が空調制御装置２０の出力信号により制御される。

次に、上記構成における本実施形態の作動を図２に基づいて説明する。図２は、空調制御装置２０が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、図示しない車両の始動スイッチ（イグニッションスイッチ）の投入状態において、オートスイッチ３２が投入（ＯＮ）されるとスタートする。

まず、図２に示すように、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされ、次のステップＳ２にて、空調用センサ群２１〜２６により検出された検出信号、および、操作パネル３０の操作信号を読込む。

次に、ステップＳ３にて、車室内吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動および温度設定スイッチ３３により設定した設定温度Ｔｓｅｔに基づいて、下記数式Ｆ１により算出される。
ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ…（Ｆ１）
なお、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓは制御ゲインであり、Ｃは補正用の定数である。

次に、ステップＳ４にて、圧縮機１１を除く、各種空調制御機器の制御状態を決定する。つまり、空調制御装置２０の出力側に接続された各種電気式アクチュエータのうち、電磁式容量制御弁１１ａを除く、冷却ファン１２ｄおよび送風ファン１４ａの電動モータ、エアミックスドア１７のサーボモータ等へ出力される制御信号が決定される。

例えば、送風ファン１４ａの電動モータへ出力される制御信号（制御電圧）については、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して、ＴＡＯに応じて適切な送風量となるように決定する。

より具体的には、ＴＡＯの極低温域（最大冷房域）および極高温域（最大暖房域）で制御電圧を最大値として、送風量を最大風量とする。ＴＡＯが極低温域から中間温度域に向かって上昇、あるいは、ＴＡＯが極高温域から中間温度域に向かって低下するに伴って、制御電圧を減少させて送風量を減少させる。また、ＴＡＯが所定の中間温度域内に入ると、制御電圧を最小値として、送風量を最小風量とする。

次に、ステップＳ５にて、蒸発器１４における目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。具体的には、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め空調制御装置２０に記憶された制御マップを参照して目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定する。本実施形態では、ＴＡＯの増加に伴って、ＴＥＯも増加するように決定する。

次に、ステップＳ６にて、圧縮機１１の冷媒吐出能力を決定する。具体的には、蒸発器温度センサ２４にて検出された蒸発器１４のフィン温度Ｔｅと目標冷媒蒸発温度ＴＥＯとの偏差Ｅｎ（Ｔｅ−ＴＥＯ）を算出し、この偏差Ｅｎに基づいて、ＴｅをＴＥＯに近づけるように比例積分制御（ＰＩ制御）によるフィードバック制御手法によって、電磁式容量制御弁１１ａへ出力する制御電流Ｉｃを決定する。

次に、ステップＳ７にて、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足しているか否かの判定が行われる。具体的には、ステップＳ７では、凝縮冷媒温度センサ２５によって検出された第１検出温度Ｔｃｏから過冷却冷媒温度センサ２６によって検出された第２検出温度Ｔｓｃを減算した温度差Ｔｃｏ−Ｔｓｃが、予め定めた判定値ＫＴ以下となっているか否かが判定される。

なお、本実施形態では、具体的に判定値ＫＴを３℃としている。ステップＳ７にて、Ｔｃｏ−Ｔｓｃ≦ＫＴとなっている場合は、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足しているものと判定して、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、警告灯３４を点灯させて、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ７にて、Ｔｃｏ−Ｔｓｃ≦ＫＴとなっていない場合は、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足してないと判定して、ステップＳ９へ進む。従って、本実施形態の制御ステップＳ７は、冷媒不足判定手段を構成しており、本実施形態では、制御ステップＳ７、凝縮冷媒温度センサ２５および過冷却冷媒温度センサ２６によって冷媒不足検出装置が構成される。

ステップＳ９では、上記ステップＳ４にて決定された制御状態が得られるように、空調制御装置２０より電気式アクチュエータに対して制御信号が出力される。次のステップＳ１０で制御周期τの間待機し、制御周期τの経過を判定するとステップＳ２に戻るようになっている。

本実施形態では、上記の如く作動するので、圧縮機１１から吐出された冷媒が、放熱器１２→温度式膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に循環して、蒸発器１４にて車室内送風空気を冷却できる。そして、蒸発器１４にて冷却された車室内送風空気の一部がヒータコア１６にて再加熱されることで、温度調整された空調風が車室内に吹き出され、車室内の空調が実現される。

さらに、本実施形態では、ステップＳ７にて、温度差Ｔｃｏ−Ｔｓｃが、予め定めた判定値ＫＴ以下となっているか否かを判定しているので、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足していること、あるいは、冷凍サイクル装置１０の運転中に冷媒漏れが生じてサイクル内の冷媒量が不足していること等を適切に検出できる。

さらに、ステップＳ７にて冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足していることが判定されて場合には、ステップＳ８にて、警告灯３４を点灯させるので、ユーザに冷媒封入量の過不足を認識させることができる。これにより、冷媒を充填する等の措置により、圧縮機１１の耐久寿命に悪影響を及ぼすことを未然に防止できる。

このことを図３に基づいて、より詳細に説明する。図３は、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量（ｇ）と過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した冷媒の過冷却度（℃）との関係を示すグラフである。

本実施形態のように、放熱器１２として、凝縮用熱交換部１２ａ、モジュレータ部１２ｂおよび過冷却用熱交換部１２ｃを有するサブクール型の凝縮器では、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が適正範囲であれば、余剰液相冷媒をモジュレータ部１２ｂに蓄えることができるので、飽和液相冷媒のみを過冷却用熱交換部１２ｃへ流入させることができる。

従って、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度は、冷媒の凝縮圧力に対応した飽和温度となる。一方、過冷却用熱交換部１２ｃでは、飽和液相冷媒が安定的に冷却されるので、図３に示すように、過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した冷媒の温度は、ほぼ安定した過冷却度を有する温度となる。その結果、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度と過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した温度との温度差は、ほぼ一定の値となる。

これに対して、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足していると、モジュレータ部１２ｂ内の飽和液相冷媒が不足して、飽和液相冷媒のみならず飽和気相冷媒も過冷却用熱交換部１２ｃへ流入してしまう。このため、過冷却用熱交換部１２ｃにおいても冷媒が凝縮する。

従って、過冷却用熱交換部１２ｃで飽和液相冷媒が冷却されにくくなり、図３に示すように、過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した液相冷媒の過冷却度が低下してしまう。その結果、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度と過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した温度との温度差も縮小する。

また、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が過剰の場合は、凝縮用熱交換部１２ａにおいても、凝縮した冷媒がさらに冷却されるので、図３に示すように、過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した液相冷媒の過冷却度が上昇する。

以上のことから、充填された冷媒量が不足している場合には、充填された冷媒量が適切である場合に対して、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度と過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した温度との温度差が縮小する。すなわち、充填された冷媒量が不足している場合には、充填された冷媒量が適切である場合に対して、第１検出温度Ｔｃｏから第２検出温度Ｔｓｃを減算した温度差Ｔｃｏ−Ｔｓｃが縮小する。

さらに、本発明者らの検討によれば、この温度差Ｔｃｏ−Ｔｓｃが３℃以下になるまでは、車両用空調装置１から冷風が送風されなくなる等の不具合が生じることがないことも判明している。従って、本実施形態の冷媒不足判定手段を構成する制御ステップＳ７によれば、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量の不足を適切に検出できる。

しかも、本実施形態のように空調熱負荷等によって圧縮機１１の冷媒吐出能力が変動する冷凍サイクル装置であっても、あるいは、可変容量型圧縮機のように回転数の増減と圧縮機吸入冷媒の圧力変化が相関を有していない冷凍サイクル装置であっても、冷媒量の不足によって温度差Ｔｃｏ−Ｔｓｃの縮小が生じるので、これらの冷凍サイクル装置への適用が可能となり、冷媒不足検出装置の汎用性を向上させることができる。

また、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足すると、冷媒とともにサイクル内を循環する冷凍機油が圧縮機１１に戻りにくくなり、圧縮機１１の潤滑不良が生じる。特に、本実施形態のように、圧縮機１１を車両走行用エンジンに常時連結するクラッチレスの構成とする場合は、車両用空調装置１の作動を停止しても、吐出容量が略０％の状態で圧縮機が駆動されるので、圧縮機１１の耐久寿命に大きな影響を及ぼす。

さらに、本実施形態のように、圧縮機１１として、斜板式可変容量型圧縮機を採用する場合、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足すると、ピストンの慣性力が増加してピストンが、その作動方向のハウジングに衝突する、いわゆるトップ当たりの問題が生じ易く、圧縮機１１の故障率が増加してしまう。

従って、本実施形態のように、圧縮機１１として、車両走行用エンジンに常時連結する構成の斜板式可変容量型圧縮機を採用する冷凍サイクル装置１０では、冷媒不足検出装置にて充填された冷媒量の不足を適切に検出でき、これをユーザに警告できることは、極めて有効である。

また、温度差Ｔｃｏ−Ｔｓｃによって、充填された冷媒の過不足を管理できるので、サイクル内を循環する冷媒、あるいは、モジュレータ部１２ｂに貯留された冷媒を視認するためのサイトグラスを廃止して、冷凍サイクル装置１０の製造コスト低減を図ることもできる。

（第２実施形態）
本実施形態では、図４の全体構成図に示すように、凝縮冷媒温度センサ２５を廃止して、第１温度検出手段として過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した冷媒の圧力Ｐｓｃを検出する過冷却用冷媒圧力センサ２７を採用している。さらに、本実施形態の放熱器１２は、凝縮用熱交換部１２ａ、モジュレータ部１２ｂおよび過冷却用熱交換部１２ｃをそれぞれの流入出口を直接接続するように一体的に構成されている。

なお、過冷却冷媒温度センサ２６および過冷却用冷媒圧力センサ２７は、具体的に、過冷却用熱交換部１２ｃの出口側から温度式膨張弁１３の入口側へ至る冷媒配管に設けられた取付部に取り付けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。なお、図４では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。

ここで、過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した冷媒の圧力Ｐｓｃは、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の圧力と同等であるから、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の凝縮圧力に相当する値となる。従って、この凝縮圧力から冷媒の物性によって決まる飽和液相冷媒の飽和温度を推定できる。

例えば、本実施形態の冷媒の凝縮圧力（ＭＰａ）と飽和温度（℃）との関係は、図５のグラフに示す通りであり、空調制御装置２０にこの関係を予め記憶させておくことで、過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した冷媒の圧力Ｐｓｃから凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度Ｔｃｏを推定できる。

つまり、過冷却用熱交換部１２ｃにて放熱した冷媒の圧力は、凝縮用熱交換部１２ａにて放熱した冷媒の温度に相関を有する物理量である。従って、本実施形態の車両用空調装置を作動させても、第１実施形態と全く同様の効果を得ることができる。

さらに、冷媒不足検出装置を構成する第１温度検出手段である過冷却用冷媒圧力センサ２７および第２温度検出手段である過冷却冷媒温度センサ２６の双方を、放熱器１２の出口側から温度式膨張弁の入口側１３へ至る冷媒配管に取り付けているので、これらを容易に取り付けることができる。その結果、双方のセンサの搭載性を向上させて、冷媒不足検出装置の汎用性を、より一層、向上させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、圧縮機１１として斜板式可変容量型圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機はこれに限定されない。例えば、電磁クラッチの断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機、あるいは、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整する電動圧縮機が採用された冷凍サイクル装置であっても、本発明の冷媒不足判定装置を適用できる。

（２）上述の実施形態では、ステップＳ７にて、冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足していると判定された場合は、ステップＳ８にて警告灯３４を点灯させているが、さらに、ステップＳ８にて、圧縮機１１の冷媒吐出能力を低下させるようにしてもよい。例えば、吐出容量が略０％となるように、すなわち、圧縮機１１の作動を停止させるようにすれば、圧縮機１１を確実に保護できる。

（３）上述の実施形態では、減圧手段として温度式膨張弁１３を採用した例を説明したが、減圧手段はこれに限定されない。例えば、ステッピングモータからなる電動アクチュエータ機構と、この電動アクチュエータ機構により駆動される弁機構とによって構成された電気式膨張弁を採用してもよい。

（４）上述の実施形態では、図２のフローチャートに示すように、サイクルの運転中に制御周期毎に冷凍サイクル装置１０に充填された冷媒量が不足しているか否かを判定しているが、サイクルの起動直後のみに、この判定を行うようにしてもよい。

（５）上述の実施形態では、警告手段として警告灯３４を採用しているが、例えば、音による警告を発する音響機器や振動によって警告を発する振動機器等を採用してもよい。

（６）上述の実施形態では、冷媒として通常のフロン系冷媒を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。例えば、サイクルの高圧側で冷媒を凝縮させるサイクル構成であれば炭化水素系冷媒等を採用してもよい。

（７）上述の実施形態では、本発明の冷媒不足判定装置を適用した冷凍サイクル装置１０を車両用空調装置に適用した例を説明しているが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、業務用冷蔵冷凍装置、家庭用冷蔵庫、自動販売機用冷却装置、冷蔵機能付きショーケース等の定置用の冷凍サイクル装置に適用してもよい。

（８）上述の実施形態では、放熱器１２を冷媒と外気とを熱交換させる室外側熱交換器とし、蒸発器１４を室内側熱交換器として車室内の冷却用に適用しているが、蒸発器１４を外気等の熱源から吸熱する室外側熱交換器として構成し、放熱器１２を空気あるいは水等の被加熱流体を加熱する室内側熱交換器として構成するヒートポンプサイクルに本発明を適用してもよい。

第１実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の制御を示すフローチャートである。 第１実施形態の冷凍サイクル装置に充填された冷媒量と放熱器から流出した冷媒の過冷却度との関係を示すグラフである。 第２実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。 第２実施形態の冷媒の凝縮圧力と飽和温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 冷凍サイクル装置
１１ 圧縮機
１２ 放熱器
１２ａ 凝縮用熱交換部
１２ｂ モジュレータ部
１２ｃ 過冷却用熱交換部
１３ 温度式膨張弁
２５ 凝縮冷媒温度センサ
２６ 過冷却冷媒温度センサ
２７ 過冷却冷媒圧力センサ

Claims (7)

1. 圧縮機（１１）から吐出された冷媒を放熱させる放熱器（１２）を備える冷凍サイクル装置（１０）に適用される冷媒不足検出装置であって、
   前記放熱器（１２）は、前記圧縮機（１１）吐出冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換部（１２ａ）、前記凝縮用熱交換部（１２ａ）から流出した冷媒の気液を分離する受液部（１２ｂ）、および、前記受液部（１２ｂ）から流出した飽和液相冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部（１２ｃ）を有しており、
   さらに、前記凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度に相関を有する物理量を検出する第１温度検出手段（２５、２７）と、
   前記過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の温度に相関を有する物理量を検出する第２温度検出手段（２６）と、
   前記第１温度検出手段（２５、２７）の検出値に基づいて決定される第１検出温度（Ｔｃｏ）から前記第２温度検出手段（２６）の検出値に基づいて決定される第２検出温度（Ｔｓｃ）を減算した減算値（Ｔｃｏ−Ｔｓｃ）が、予め定めた判定値（ＫＴ）以下となっているときに、前記冷凍サイクル装置（１０）に充填された冷媒量が不足していると判定する冷媒不足判定手段（Ｓ７）とを備えることを特徴とする冷媒不足検出装置。
2. 前記第１温度検出手段は、前記凝縮用熱交換部（１２ａ）にて放熱した冷媒の温度を検出する凝縮冷媒温度センサ（２５）であり、
   前記第２温度検出手段は、前記過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の温度を検出する過冷却冷媒温度センサ（２６）であることを特徴とする請求項１に記載の冷媒不足検出装置。
3. 前記第１温度検出手段は、前記過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の圧力を検出する過冷却冷媒圧力センサ（２７）であり、
   前記第２温度検出手段は、前記過冷却用熱交換部（１２ｃ）にて放熱した冷媒の温度を検出する過冷却冷媒温度センサ（２６）であることを特徴とする請求項１に記載の冷媒不足検出装置。
4. 前記過冷却冷媒圧力センサ（２７）は、前記放熱器（１２）から前記放熱器（１２）流出冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）へ至る冷媒流路に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の冷媒不足検出装置。
5. 前記過冷却冷媒温度センサ（２６）は、前記放熱器（１２）から前記放熱器（１２）流出冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１３）へ至る冷媒流路に設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の冷媒不足検出装置。
6. 前記判定値（ＫＴ）は、３℃であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷媒不足検出装置。
7. 前記圧縮機は、駆動源から駆動力を伝達されることによって駆動されるとともに、前記駆動源に常時連結された可変容量型圧縮機（１１）であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷媒不足検出装置。

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