JPH01239350A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置

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JPH01239350A
JPH01239350A JP6329988A JP6329988A JPH01239350A JP H01239350 A JPH01239350 A JP H01239350A JP 6329988 A JP6329988 A JP 6329988A JP 6329988 A JP6329988 A JP 6329988A JP H01239350 A JPH01239350 A JP H01239350A
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compressor
temperature
expansion valve
electric expansion
condenser
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JP6329988A
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Hiroaki Hatake
裕章 畠
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/13Economisers

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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍サイクル装置に係り、例えば空気調和機
等に用いられている冷凍サイクルにおいて、特に圧縮機
の過熱防止と効率向上に好適な冷凍サイクル装置に関す
るものである。
〔従来の技術〕
まず、従来の冷凍サイクルを第7図を参照して説明する
第7図は、例えば特開昭61−217655号公報に開
示された従来の冷凍サイクル構成図である。
第7図において、1は圧縮機、2は凝縮器、3は、減圧
手段に係る膨張弁、4は蒸発器、5は蒸発圧力調整弁、
6はキャビラリチー−プ、7は電磁弁、8はバイパス管
路、9は温度センサである。
すなわち、従来の空気調和機等の冷凍サイクルは、膨張
弁3の入口側と圧縮機1の吸込側との間を結んでキャピ
ラリチューブ6および電磁弁7を直列に介装したバイパ
ス回路8を構成し、圧縮機1の吐出側の配管上に゛吐出
ガス温度を感知する温度センサ9を設置し、温度センサ
9の出力信号により電磁弁7を開閉するように構成され
ている。
この電磁弁7は、通常の運転条件では閉じているが、圧
縮機1の吐出ガス温度が使用制限温度に近い設定温度ま
で上昇した場合には温度センサ9の検知信号に応動して
弁を開放し、液冷媒を圧縮機1の吸込側に注入すること
により、圧縮機の吸込ガスを冷却し、圧縮機の過熱防止
を図るものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術は、例えば回転数可変圧縮機のように能
力が大きく変化する圧縮機を用いた場合については配慮
されていなかった。
すなわち、低能力運転時に合わせてキャピラリチューブ
6の抵抗値を設定すると、高能力運転にした場合は、バ
イパス管路8を流れる液冷媒バイパス流量G0は、本サ
イクルを流れる冷媒流量Gに対して相対的に小さくなり
、冷却能力が不足し、圧縮機は過熱し、加熱損失の増加
、モータ効率の低下等によシ圧縮機効率に係る成績係数
copが低下する。
一方、高速運転時に合わせた場合は、逆に冷媒流量Gに
対してバイパス流量G0が犬きくなシ、吸込冷媒の湿9
度が高まり、液圧縮を生じ、摺動部の信頼性が低下する
と同時に、液圧縮による指圧動力増大や、冷凍機油の粘
度アップによる摺動損失増加によシ、圧縮機成績係数C
OPも低下する。
このように、従来技術では、能力可変の圧縮機を搭載し
た冷凍サイクルにおいては最適な冷却効果が得られず、
圧縮機成績係数copも低下するという問題があった。
本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、バイパス管路に流れる液冷却に寄与す
る液冷媒の流量を変化させて、回転数可変圧縮機の運転
状態忙合った最適の冷却を行い、圧縮機の過熱を防止す
るとともに圧縮機成績係数COPの低下を防止しうる冷
凍サイクル装置を提供することを、その目的とするもの
である。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍サイクル
装置の構成は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧手段から
なる冷凍サイクル装置において、圧縮機を回転数可変圧
縮機とし、凝縮器出口から前記回転数可変圧縮機の吸込
側または圧縮室へ至るバイパス管路を設け、このバイパ
ス管路に電動膨脹弁を設けたものである。
より詳しくは、バイパス管路の電動膨脹弁は、圧縮機の
吐出冷媒温度、圧縮機モータ温度、または圧縮機の吐出
管温度のいずれかの温度を検知する検知手段の出力信号
に応じて、その検知温度が所定の温度範囲となるように
、当該電動膨脹弁の開度が制御されるものである。
また、バイパス管路の電動膨脹弁は、圧縮機の吐出冷媒
温度、圧縮機モータ温度、または圧縮機の吐出管温度の
いずれかの温度を検知する検知手段の出力信号と、凝縮
器温度を検知する検知手段の出力信号との温度差が所定
の温度範囲となるように、当該電動膨脹弁の開度が制御
されるものである。
〔作用〕
上記技術的手段を開発した考え方と働きを、第1因ない
し第4図を参照して説明する。
第1図は、本発明の詳細な説明するだめの冷凍サイクル
構成図、第2図は、冷凍サイクルのモリエル線図、第3
因および第4図は、いずれも本発明の電動膨脹弁の弁開
度の制御法を説明する線図である。
第1図において、第7図と同符号のものは従来技術と同
等部分であるから、その説明を省略する。
第1図において、10は回転数可変式の圧縮機、11は
、バイパス管路8に設けた電動膨脹弁、12は圧縮室、
13は、圧縮機10の吸込側、14は、圧縮機10の吐
出管である。
作用説明の前に図面の符号等について説明する。
第2図は、横軸にエンタルピh、縦軸に圧力Pをとった
モリエル線図であり、矢印Gは、第1図の矢印Gと同じ
く本サイクルを流れる冷媒流量、矢印G0は、バイパス
管路8を流れる液冷媒バイパス流量を示す。圧縮機に吸
込まれた冷媒は矢印のようにABCDと圧縮されるもの
である。図中、Toは凝縮器温度、Tdは、圧縮機の吐
出冷媒温度、圧縮機モータ温度、または圧縮機の吐出管
温度のいずれかの温度(圧縮機温度)を表わす。
第3図は、横軸に圧縮機温度、縦軸に電動膨脹弁の弁開
度をとっている。
図中、Tuは、圧縮機吐出冷媒温度、圧縮機モータ温度
、または圧縮機の吐出管温度のいずれかの温度Td(圧
縮機温度)の上限値、TI!laxは、電動膨脹弁の開
口面積Sを全開にさせる吐出管温度、Smaxは、電動
膨脹弁の全開開口面積、C1゜nは正の定数である。
第4図も、横軸に圧縮機温度、縦軸に電動膨脹弁の弁開
度をとっておシ、各符号は第2図、第6図の前記説明で
述べたものと同じである。
各図を参照して原理的な作用説明を行う。
回転数可変式の圧縮機10を吐出した高温高圧の冷媒ガ
スは、凝縮器2にて放熱凝縮し液冷媒となる。この液冷
媒は膨張弁6によって減圧され蒸発器4で吸熱気化する
。低温低圧となった冷媒ガスは、圧縮機10の吸込側1
6から吸入され、圧縮室12にて圧縮されたのち再び吐
出管14から吐出される。
一方、凝縮器2を出だ液冷媒の一部はバイパス管路8に
流入し、電動膨脹弁11で減圧されたのちに圧縮室12
に噴出し、その際の気化熱により圧縮室12を冷却する
圧縮機10の能力が増加あるいは減少した場合は、圧縮
機10の発熱量も変化し、圧縮機の温度は上下する。
このときに、圧縮機10の温度が設定温度より上昇した
場合は、圧縮機温度の検知信号に応動して、例えば第6
図のように電動膨脹弁11の弁開度S/5lnaxを増
加させて圧縮室12を冷却する。
逆に、圧縮機の温度が設定温度より低下した場合は、電
動膨脹弁11の弁開度を減少させる制御を行わせること
により、必要冷却量に応じてバイパス管路8を流れる冷
媒流量を調整できるので、圧縮機10の過熱あるいは冷
却過多を防止できる。
すなわち、電動膨脹弁11の弁開度は、+11式を満足
するように制御される(第3因参照)。
また、凝縮器温度T0と圧縮機温度T、との差Td−T
0を一定の設定値範囲内に入るように電動膨脹弁11の
弁開度を制御しても同様の効果が得られる。
第2図のモリエル線図で示すT、−Toが設定値より大
きい場合は、圧縮機10は過熱状態(第2図(a))に
あるので、第4図に示すように電動膨脹弁11の弁開度
”’/” waxを犬にし、バイパス管路8を流れる液
冷媒流′#G0を増やして冷却効果を高める。
逆に、’rd−’roが設定値よシ小さい場合は、圧縮
室12内冷媒の湿り度が大きく液圧縮しやすい状態(第
2図(C))であるので、バイパス管路8を流れる液冷
媒流量G。を減らすように電動膨脹弁11の弁開度を制
御し、これによって最適な圧縮状態(第2図(b))を
保つものである。
すなわち、電動膨脹弁11の弁開度は、(2)式を満足
するように制御される(第4因参照)。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第5図および第6図を参照し
て説明する。
第5図は、本発明の一実施例に係る空冷 ヒートポンプ
式ルームエアコンの冷凍サイクル構成図、第6図は、第
5図の冷凍サイクルにおける効果を説明する線図である
。第5図において、第1図または第7因と同一符号のも
のは同等部分であるから、その説明を省略する。
第5図において、15は制御部、16は、凝縮器2の温
度を検知する手段に係る温度センサ、17は、冷房、暖
房時の冷媒流路を切換えるだめの切換弁、18は、暖房
運転時のバイパス管路8Aに設けた逆上弁、19は、冷
房運転時のバイパス管路8Bに設けた逆止弁である。
回転数可変式の圧縮機10から吐出された高温高圧の冷
媒ガスは、切換弁17の流路切換えによ、す、暖房運転
時は実線矢印のように流れ、冷房運転時は破線矢印のよ
うに流れる。
ここでは暖房運転時を例にとって説明する。
圧縮機10を出た高温高圧の吐出冷媒ガスは、凝縮器2
で室内へ放熱したのち液化して膨張弁3で減圧され、蒸
発器4にて室外より吸熱して気化したのち圧縮機10に
吸い込まれる。このとき、凝縮器2を出た液冷媒の一部
はバイパス管路8Aに流入し、逆止弁18を通過し、電
動膨脹弁11で流量を調整されたのちに、圧縮機10の
圧縮室12に流入し、そこで気化して圧縮室12を冷却
する。
圧縮機の吐出管14には温度センサ9を設け、圧縮機温
度に係る吐出管温度T、を検出する。さらに、凝縮器2
に温度センサ16を設け、凝縮器温度T。を検出する。
     ( これらの温度検出信号を制御部15に取り込み、ここで
吐出管温度T、と凝縮器温度T0との温度差をある一定
値になるように制御する。すなわち、前記温度差が大き
い場合は電動膨脹弁11の弁開度を広げ、温度差が小さ
い場合は弁開度を狭くするように制御している。
圧縮機10の回転数が上昇すると、圧縮機入力が増加し
、モータ、摺動部各部の発熱量が増すため、吐出ガス温
度は高くなるのであるが、本実施例によれば、回転数が
上昇しても吐出管14の温度は上昇しないように電動膨
脹弁11の弁開度が広げられる。その効果を第6図に示
す。
第6図は、横軸に圧縮機回転数(min ’ )をとり
、縦軸に吐出管温度(℃)および圧縮機の成績係数CO
Pをとり、破線はバイパス管路が無くて圧縮機部の冷却
をしない場合、実線は本実施例の場合を比較したもので
ある。
圧縮機10を冷却しない場合は、回転数の上昇とともに
吐出管14の温度が上昇するが、本実施例の場合は、回
転数が上昇しても吐出管14の温度は上昇せず、高速域
では10℃以上も冷却されている。
この結果、過熱によるモータ効率の低下、圧縮機加熱損
失が低減し、圧縮機成績係数copは約2(%)向上し
、入力に換算すると約30(W)の省電力効果がある。
一方、回転数の低下にともない、吐出管14の温度は低
下するため、バイパス管路8Aを流れる冷媒量は減少す
るため、冷やし過ぎによる悪影響、すなわち液圧縮や圧
縮機成績係数COPの低下を防ぐことができる。
本実施例によれば、回転数可変圧縮機を搭載した冷凍サ
イクルにおいて、吐出管の温度変化、あるいは圧縮機の
回転数変化に応じて、電動膨脹弁を制御し、バイパス回
路を流れる液冷却に寄与する液冷媒の流量を変化させる
ことができるので、常に最適な冷却効果が得られ、圧縮
機の過熱防止がなされるとともに、過熱あるいは冷やし
過ぎによる圧縮機の性能低下を防ぐ効果がある。
なお、前述の実施例では、空冷ヒートポンプ式ルームエ
アコンの暖房の場合を説明したが、本発明はこれに限ら
ず、冷房の場合も勿論、例えば水冷式など他の冷凍サイ
クル装置にも適用できることは言うまでもない。
また、第5因の実施例では、圧縮機の吐出管温度を検知
して凝縮器温度との温度差によってバイパス管路の電動
膨脹弁の開度を制御する例を説明したが、圧縮機温度と
して圧縮機モータ温度、圧縮機の吐出冷媒温度のいずれ
かを検知して圧縮機温度とし、凝縮器温度との温度差を
見るようにしても差支えない。
さらK、前記のような圧縮機温度の検知温度が所定の温
度範囲となるように、バイパス管路の電動膨脹弁の開度
を制御するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、バイパス管路に流
れる液冷却に寄与する液冷媒の流量を変化させて、回転
数可変圧縮機の運転状態に合った最適の冷却を行い、圧
縮機の過熱を防止するとともに圧縮機成績係数copの
低下を防止しうる冷凍サイクル装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の詳細な説明するだめの冷凍サイクル
構成図、第2図は、冷凍サイクルのモリエル線図、第3
区および第4図は、いずれも本発明の電動膨脂弁の弁開
度の制御法を説明する線図、第5図は、本発明の一実施
例に係る空冷ヒートポンプ式ルームエアコンの冷凍サイ
クル構成図、第6因は、第5図の冷凍サイクルにおける
効果を説明する線図、第7図は、従来の冷凍サイクル構
成図である。 2・・・凝縮器、3・・・膨張弁、4・・・蒸発器、8
,8A。 8B・・・バイパス管路、9・・・温度センサ、10・
・・圧縮機、11・・・電動膨脂弁、12・・・圧縮室
、14・・・吐出管、16・・・温度センサ。 第 11¥] h−−す 第 3 口 第 50 +4−’i巴管 第 6図 FL浦旧大同転数(miへ一す 第 7 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、圧縮機、凝縮器、蒸発器、減圧手段からなる冷凍サ
    イクル装置において、圧縮機を回転数可変圧縮機とし、
    凝縮器出口から前記回転数可変圧縮機の吸込側または圧
    縮室へ至るバイパス管路を設け、このバイパス管路に電
    動膨脹弁を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、バイパ
    ス管路の電動膨脹弁は、圧縮機の吐出冷媒温度、圧縮機
    モータ温度、または圧縮機の吐出管温度のいずれかの温
    度を検知する検知手段の出力信号に応じて、その検知温
    度が所定の温度範囲となるように、当該電動膨脹弁の開
    度が制御されることを特徴とする冷凍サイクル装置。 3、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、バイパ
    ス管路の電動膨脹弁は、圧縮機の吐出冷媒温度、圧縮機
    モータ温度、または圧縮機の吐出管温度のいずれかの温
    度を検知する検知手段の出力信号と、凝縮器温度を検知
    する検知手段の出力信号との温度差が所定の温度範囲と
    なるように、当該電動膨脹弁の開度が制御されることを
    特徴とする冷凍サイクル装置。
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