JPH0156351B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電気作動冷媒制御弁を用いた空気調
和機に係り、特に室温等の流体温度に対する制御
性の向上を期すことが可能な冷媒流量制御装置に
関する。

（従来の技術） 従来から行われている空気調和機の冷媒流量制
御で一般的なものとしては、例えば蒸発器での冷
媒の過熱度が一定となるように感温自動膨張弁の
弁開度を自動的に調節するものである。（社団法
人、日本冷凍協会発行、冷凍空調便覧新版第４版
基礎編第472頁図１１，２５、昭和56年５月30日
発行） この過熱度一定制御は蒸発温度が与えられる
と、熱交換器の能力としては定値制御であり、従
つて空調負荷の変動巾が大きいものに対して、室
温が一定に保持されるようきめ細かな能力制御を
行おうとすれば、圧縮機側でまず能力制御を行な
つて、その結果が熱交換器側に反映するようにす
るのが普通である。

ところが、これでは圧縮機にアンローダ機構を
設け、あるいは圧縮機のモータをインバータなど
により回転制御することが必要であつて構造複雑
な装置を要するためコスト上昇をもたらすと共
に、面倒な制御を行わねばならなかつた。

一方、別の冷媒流量制御としては、凝縮器での
冷媒の過冷却度が一定となるように過冷却制御弁
の弁開度を自動的に調節するものがある（実公昭
46−26920号公報）が、これも同様の問題がある。

そこで室温制御性の向上をはかる見地から冷媒
流量制御手段として電気作動冷媒制御弁を用い
て、すなわち、冷房時は電気作動膨張弁として、
暖房時は過冷却制御弁としてそれぞれ機能させて
設定温度と利用側コイルへの吸込空気の温度とを
制御入力要素となして室温が一定となるように前
記冷媒制御弁の弁開度を比例制御する方式が考え
られる。

なお、電気作動冷媒制御弁とはステツピングモ
ータ、電磁プランジヤーなどの電気機器を駆動要
素に有して入力電気量に対応した弁開度の調節が
可能な膨張弁であつて電気制御により弁開度の調
節が容易に行なえる点で、今後普及度が増大する
ものと考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この電気作動冷媒制御弁を用いたも
のでは、利用側コイルの熱交換能力を最大限活用
した効率のよい運転を行おうとした場合、利用側
コイルの出口における冷媒の状態が冷房運転時に
は湿りとなり、また暖房運転時にはフラツシユと
なることが屡々あつて運転上好ましくない結果が
生じる。

なお、前記「湿り」とは、冷媒が気液混合状態
の他、過熱度が所定値（例えば５℃）より小さい
状態の場合も含むものとする。また前記「フラツ
シユ」とは、冷媒が気液混合状態の他、過冷却度
が所定値（例えば５℃）より小さい状態の場合も
含むものとする。

これは、設定温度の吸込温度の差によつて冷媒
量を制御する方式は、要求される能力に応じて冷
媒制御弁の開度を操作するものであるから熱交換
処理能力が要求能力以上となる条件は必ずしも考
慮されなく、例えば冷房運転の場合、設定値を可
成り低く設定したとすると、冷媒制御弁は処理能
力を超えて冷媒を供給するように作動し、この場
合が湿りとなる運転状態を意味する。

ところが、周知の如く、利用側コイルの出口が
湿り域あるいはフラツシユ域の状態では冷房能力
あるいは暖房能力はほゞ一定であつて弁開度を制
御してし、能力調整上意味がない。

反対に利用側コイルが湿りとなると（冷房の場
合）、圧縮機吸入部での湿り圧縮を防ぐために、
却つてホツトガスバイパス回路の追加、圧縮機運
転容量制御機構の併用を行ねなければならなく、
装置コストが増大するばかりでなく、制御信頼
性、省エネルギー性で頗る不利となる。

一方、暖房運転時に利用側コイルを出口部にお
いてフラツシユ状態とすることは液管に冷媒ガス
が混入する結果、吐出圧力を上昇させるおそれが
あつて同様に好ましない。

このような問題点に対処して本発明は上述の欠
点の解消をはかるべく成されたものであつて、空
気あるいは水等の流体の温度と併せて利用側コイ
ルの出口冷媒状態を温度によつて判定し、冷房時
は常に出口が湿りとの境界に近い乾きの状態で運
転可能なように、あるいは暖房時は常に出口がフ
ラツシユとの境界に近いシールの状態でのみ運転
可能なように電気作動冷媒制御弁の弁開度を制御
することによつて、利用側コイル出口部を適正な
冷媒状態に保たせ、もつて室温制御性の向上を低
コスト、省エネルギーが果されながら実現させよ
うとするものである。

（問題点を解決するための手段） しかして本発明は、第１図にブロツク示してな
る如く、圧縮機１、熱源側コイル２、利用側コイ
ル３を備えた冷凍回路により形成されてなる空気
調和機の冷媒流量制御装置を、利用側コイル３に
直列接続して液管中に介設した前掲の電気作動冷
媒制御弁４と、該電気作動冷媒制御弁４の弁開度
を制御する制御系とから構成したものであつて、
この制御系は空気あるいは水等の流体を温度を決
めるための流体温度設定手段５と、流体温度検出
手段６と、第１冷媒温度検出手段７と、第２冷媒
温度検出手段８と、弁開度演算手段９と、温度差
チエツク手段１０と、弁開度補正手段１１と、出
力装置１２とにより形成される。

電気作動冷媒制御弁４は前述した通り、パルス
モータ等の電気機器を駆動要素に有して電気量に
応じた弁開度の調節が成される弁である。

一方、制御系の各要素については、まず流体温
度設定手段５は、ポテンシヨメータの如き可変抵
抗を有する設定器であつて、冷房時あるいは暖房
時の希望する流体温度の基準値T_Sを電気量（電
圧）の変化で設定し得るよう形成する。

前記流体温度は利用側コイル３へ流入する空気
又は水の温度であつても、また流出する空気又は
水の温度であつてもよい。

一方、流体温度検出手段６は温度の変化により
抵抗値が変化するサーミスタの如き感温抵抗体を
検出要素に有する抵抗回路であつて、前記感温抵
抗体を利用側コイル３で熱交換させる吸込空気あ
るいは吹出空気の温度T_Aを検出可能な位置に配
設して吸込空気あるいは吹出空気の温度T_Aを電
気量（電圧）の変化として出力し得るよう形成す
る。

なお、水の場合には、利用側コイル３への入口
水配管又は出口配水管の温度を検出すればよい。

次に第１冷媒温度検出手段７は、サーミスタ等
の感温抵抗体を利用側コイル３の冷媒流出側部の
冷媒温度T_Oを検出可能な位置に配設して、これ
に対応した電気量（電圧）の出力を発し得るよう
形成しており、流体と熱交換を完了して冷房時は
過熱状態、暖房時は過冷却状態の冷媒温度T_Oを
検出し得るよう形成する。

また、第２冷媒温度検出手段８は、サーミスタ
等の感温抵抗体を利用側コイル３の冷媒流入側部
あるいはコイルの中間部に冷媒温度検出可能に配
設して、流体との熱交換によつて蒸発あるいは凝
縮し液からガスに、あるいはガスから液に相変化
した時点の冷媒温度T_Rを検出し得るよう形成し
ている。

前記弁開度演算手段９は、差算器と乗算器とか
らなる演算装置等からなり、流体温度設定手段５
の出力及び流体温度検出手段６の出力を入力信号
として夫々受け、流体の温度T_Aと流体温度の基
準値T_Sとの間の温度差を求め、該温度差に比例
した値の弁開度Ａを算出し得ると共に、外部から
の指令により、さらにこの弁開度Ａから単位弁開
度△Ａを減算し得るよう形成している。

次いで前記温度差チエツク手段１０は、差算器
と比較器とからなる演算装置等からなり、第１冷
媒温度検出手段７の出力と第２冷媒温度検出手段
８の出力とを入力信号として夫々受け、２種の冷
媒温度T_O，T_R間の温度差、すなわち冷房時は過
熱度、暖房時は過冷却度に相当する温度を求めて
これを所定値△Ｔと比較し、この所定値△Ｔの方
が大きいときは絞り指令信号を発信するよう形成
している。

しかして前記弁開度補正手段１１は前記温度差
チエツク手段１０の出力、すなわち絞り指令信号
を入力信号として受け、この入力信号があつた場
合に前記弁開度演算手段９に対し、その算出した
前記弁開度Ａに単位弁開度△Ａ、例えば全開弁開
度に対し２％程度の開度の減算Ａ−△Ａをさらに
行わせるよう指令を発する回路に形成している。

最後に前記出力装置１２は出力増幅器からな
り、弁開度演算手段１１が演算した結果Ａ−△Ａ
に対応した出力を発して、これを電気作動冷媒制
御弁４の駆動要素に与え、該冷媒制御弁４をＡ−
△Ａの弁開度に保持し得る出力回路に形成してい
る。

（作用） 上述の手段を有する冷媒流量制御装置は、弁開
度演算手段９と、温度差チエツク手段１０と、弁
開度補正手段１１とを周期的に同期作動させて、
弁開度演算と温度差チエツクと弁開度補正とを行
わせて、冷房時は利用側コイル３の出口における
冷媒状態が常に乾き域の湿り域に近いところで保
持されるように冷媒制御弁４の弁開度を調節せし
め、一方、暖房時は利用側コイル３の出口におけ
る冷媒状態が常に液シール域のフラツシユ域に近
いところで保持されるように弁開度を調節せしめ
る。

その際、弁開度演算手段９は当然、利用側コイ
ル３が冷房時は適正な過熱度に、暖房時は適正な
過冷却度に夫々保持されるように弁開度を決定す
るものであり、そして温度差チエツク手段１０が
湿り状態（冷房時）あるいはフラツシユ状態（暖
房時）をチエツクすると、前記弁開度補正手段１
１が弁開度を単位弁開度△Ａだけ絞らせるように
指令を発することから、冷媒制御弁４は僅かに絞
られて、湿り状態あるいはフラツシユ状態を適正
な過熱度あるいは過冷却度に戻させるよう弁開度
の自動調節が成されるものである。

（実施例 １） 第２図は本発明の１実施例に係る２室形冷房用
空気調和機の冷凍回路図であつて、圧縮機１、熱
源側コイルとなる室外側コイル２を備えた室外側
ユニツトに対して、利用側コイルとなる対空気形
の室内側コイル３と電気作動冷媒制御弁（以下膨
張弁と称す）４とを直列接続して備えた室内側ユ
ニツトの２基を液管１３とガス管１４とを介して
並列接続している。

各室内側ユニツトには、感温抵抗体を要素とす
る３個の温度検出センサ（以下センサと称す）
T₁，T₂，T₃と、それ等センサT₁〜T₃から信号を
受けて膨張弁４の駆動要素であるパルスモータ１
５に制御出力を発するコントローラＣとを備えて
おり、センサT₁は、室内側コイル３の空気吸込
部分に配設して吸込空気の温度T_Aを検出し、セ
ンサT₂は蒸発器として作用する室内側コイル３
の冷媒流出側部の出口管に添設して吸込空気との
熱交換を完了した後の冷媒温度T_Oを検出し、セ
ンサT₃は前記室内側コイル３の冷媒流入側端部
の入口管に添設して冷媒の蒸発温度T_Rを検出す
るようになつている。

一方、前記コントローラＣは流体温度（室温）
設定手段５、センサT₁に関連してなる流体温度
（室温）検出手段６、センサT₂に関連している第
１冷媒温度検出手段７、センサT₃に関連してな
る第２冷媒温度検出手段８、弁開度演算手段９、
温度差チエツク手段１０、弁開度補正手段１１及
びパルスモータ１５に出力を発する出力装置１２
を備えているが、それら各構成要素５〜９，１２
の内容は前述した通りであるから説明を省略する
が、温度差を求めてこれを所定値例えば５℃と比
較し５℃以下であると絞り指令信号を発し、逆に
５℃よりも大きければ開き指令信号を発するよう
形成しており、そして起動時点の過渡運転期は非
作動であつて定常運転時は周規的例えば数十秒毎
に温度差チエツクの作動を行わせるようになつて
いる。

次に弁開度補正手段１１は、前記温度差チエツ
ク手段１０に連動して作動せしめるのであるが、
前記絞り指令信号を受けると弁開度演算手段９に
対しその算出した弁開度Ａにさらに単位弁開度△
Ａの減算Ａ−△Ａを行わせる指令を発し、また、
前記開き指令信号を受けると膨張弁４の開度が補
正されている場合に限つて、現在の弁開度に単位
弁開度△Ａの加算を行わせる指令を発するように
形成している。

次に前記コントローラＣによる弁４の弁開度制
御の態様について第３図の流れ線図により以下説
明する。

室温設定手段５によつて室温基準値T_Sを予め
設定しておいてコントローラＣの制御運転開始を
行わせる(イ)。

圧縮機１が起動してから室内側コイル３での安
定した冷房運転が行われるまでの起動過渡期にお
いては、弁開度演算手段９では弁開度補正手段１
１からの補正指令信号が入力されていない(ロ)ので
所定の弁開度（Ａ＝K_P T_A−T_S但しK_Pは比例定
数）を求めるための演算を行い、この結果に応じ
た出力が出力装置１２から出される(ホ)ことにより
膨張弁４はその弁開度Ａまで開かされる。

その後、定常運転に達して、例えばタイマなど
によつて作動指令が出される(ヘ)ことにより、前記
両手段１０，１１が同期作動する。

まず温度差チエツク手段１０が現在の温度差と
所定値△Ｔ例えば５℃とを比較して(ト)、その比較
結果がT_O−T_R≦△Ｔであると、これは室内側コ
イル３の出口で湿り運転状態になつていることを
表しているので、絞り指令信号を発する。

かくして弁開度補正手段１１からは△Ａ→△Ａ
＋△A_O（但し△A_O；補正値、例えば２％開度（全
開に対する率）の単位弁開度に対応する信号が発
せられ(チ)、これによつて弁開度演算手段９は現在
の弁開度から単位弁開度△Ａを減算する演算を行
なつてその演算結果を出す(ニ)。

従つて出力装置１２は前記演算結果に基づいて
単位弁開度△Ａが減算された弁開度になるよう
に、前記パルスモータ１５に出力を与えるため、
膨張弁４は２％だけ絞られる。

その後、タイマが数十秒毎に指令を出すのに呼
応して、(ト)→(チ)→(ニ)→(ホ)の順の作動を繰り返し
て、T_O−T_R＞△Ｔの条件に転換するまで２％毎
の段階的な絞りを周期的に行ない、T_O−T_R＞△
Ｔであることによつて開き指令信号が温度差チエ
ツク手段１０から出されると、弁開度補正手段１
１は単位弁開度△Ａが１回でも減算されて弁開度
の補正が成されている間はこれを検出して(リ)、
T_O−T_R＞△Ｔであれば膨張弁４の開度を単位弁
開度（２％開度）毎に開かせる出力(ヌ)が出力装置
１２から出される。

このようにして弁開度Ａ＝K_P T_A−T_S）に対
応した値で膨張弁４が開いて補正値△Ａが減算さ
れていない最初の状態にまで戻る。

かくして室内側コイル３はコイル出口が乾き域
の湿りに近い側で運転するように冷媒流量制御が
成される。

（実施例 ２） 第４図は本発明の実施例に係る２室形冷暖房用
空気調和機の冷凍回路図であつて、室外側ユニツ
トには四路切換弁１６及び暖房運転専用膨張弁１
７を第２図々示装置に付加させて冷暖房兼用とな
している。

なお、１８は冷房時に前記膨張弁１７の入口、
出口を短絡し得る逆止弁である。

この図示装置は、室内側ユニツトにおいては前
記センサT₁，T₂，T₃に加えてセンサT₄を有し、
これをコントローラＣに入力要素として関連させ
ており、センサT₁は室内側コイル３の空気吸入
部分に配設して吸込空気温度T_Aを検知し、セン
サT₂は室内側コイル３の冷房時冷媒流出側、暖
房時冷媒流入側となるコイル管端に添設して冷房
運転時の冷媒温度T_Oすなわち過熱度を検出する
ようにしており、両センサT₁，T₂は第２図々示
例と同じ機能をなすものである。

次にセンサT₃はコイルの中間点部分に添設し
て、冷房時の蒸発温度T_R＝T_E、暖房時の凝縮温
度T_R＝T_Cを各々検出し得る冷暖兼用形センサで
あつてコントローラＣ内で冷暖房切換えの操作を
行うことによつて、同時に検出レベルが変るよう
に回路との接続が成される。

一方、センサT₄は室内側コイル３の暖房時冷
媒流出側、冷房時冷媒流入側となるコイル管端に
添設して、暖房運転時の冷媒温度T_Oすなわち過
冷却度を検出するようにしている。

以上の説明から明らかな如く、冷房運転の際は
センサT₁，T₂，T₃がコントローラＣに接続さ
れ、その場合の作動態様は第３図に基づく前述の
説明と全く同じであり、一方、暖房運転の際はセ
ンサT₁，T₃，T₄がコントローラＣに接続され、
その作動態様は第５図に示す通りである。

第５図において温度差チエツク手段１０による
温度差チエツクがT_R（凝縮時の冷媒温度T_Cに相当
する）とT_O（熱交換完了後の過冷却温度）との温
度差が所定値△Ｔよりも大きいか小さいかを比較
することろが異なるだけでその他の作動態様は冷
房時と同じ要領で成され、結果として室内側コイ
ル３の冷媒流出側端部が液シール域のフラツシユ
域に近い側で常に安定保持されるように、膨張弁
４の絞り側を主とした弁開度制御が行われる。

以上述べた実施例は、冷房専用と冷暖房兼用と
の両例を示しているが、この他にも暖房専用の例
も当然考えられるものであつて、これも亦本発明
の例として当然包含されるものである。

また、以上の実施例においては、利用側コイル
としての室内側コイル３の吸込空気温度と室温の
基準値との差に応じて膨張弁（冷媒制御弁）の弁
開度を制御するものについて説明したが、これに
代えて利用側コイルの吹出空気温度と吹出空気の
基準値との差に応じて冷媒制御弁４の弁開度を制
御してもよい。

また、利用側コイルで熱交換する流体としては
空気の他、水であつてもよい。従つて冷房専用の
チラーの他、ヒートポンプ式のチラーにも適用で
きる。

また、以上の実施例において、１台の室外ユニ
ツトに複数台の室内ユニツトを接続してなる多室
形空気調和機について説明したのは、特に１台の
室外ユニツトに複数台の室内ユニツトを接続して
なる空気調和機においては、各室内ユニツト毎に
要求能力が異なるため、各室内空気を適正に制御
するためには、各室内ユニツト個別に能力制御が
必要であることから、この場合には特に有効であ
るためである。

しかし、本発明は１台の室外ユニツトに１台の
室内ユニツトを接続するセパレート形空気調和機
にも適用でき、また、セパレート形ではなく一体
形の空気調和機にも適用できるものである。

（発明の効果） 本発明は利用側コイル３の冷媒流出側部におけ
る冷媒の状態を冷房時であれば圧縮機１に液戻り
を起させない程度の適正な最小限の過熱度になる
ように、また暖房時であれば圧縮機１の吐出圧力
上昇を来さない程度の適正な最小限の過冷却度に
なるように、電気作動冷媒制御弁４の弁開度を制
御することにより、利用側コイル３に流れる冷媒
の流量を直接制御する方式としたものであるか
ら、利用側コイル３の熱交換能力を略々100％活
かせることが可能となり、しかも湿りやフラツシ
ユの発生を抑えて安全性が高く、かつ効率の良い
運転が成される。

さらに、圧縮機１の容量制御機構や、湿り吸入
解消のためのホツトガスバイパス装置を設ける必
要はなくなつて、回路構成が単純化され装置コス
トの逓減が果されると共に、効率の良い運転が行
なえて省エネルギー性の向上をはかり得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するブロツク回路
図、第２図及び第３図は本発明の１例に係る冷凍
回路図及び動作態様示流れ線図、第４図及び第５
図は同じく本発明の例に係る冷凍回路図及び動作
態様示流れ線図である。 １……圧縮機、２……熱源側コイル、３……利
用側コイル、４……電気作動冷媒制御弁、５……
流体温度設定手段、６……流体温度検出手段、７
……第１冷媒温度検出手段、８……第２冷媒温度
検出手段、９……弁開度演算手段、１０……温度
差チエツク手段、１１……弁開度補正手段、１２
……出力装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機１、熱源側コイル２、利用側コイル３
   を備えた冷凍回路により形成されてなる空気調和
   機において、 電気量に応じた弁開度の調節が成されると共
   に、前記利用側コイル３に直列接続して液管中に
   介設した電気作動冷媒制御弁４と、 利用側コイル３で熱交換が成される流体の温度
   の基準値T_Sを設定する流体温度設定手段５と、 前記流体の温度T_Aを検出する流体温度検出手
   段６と、 利用側コイル３の冷媒流出側部の冷媒温度T_O、
   すなわち、前記流体との熱交換を完了した後の冷
   媒の温度を検出する第１冷媒温度検出手段７と、 利用側コイル３で前記流体との熱交換によつて
   蒸発あるいは凝縮し相変化したときの冷媒温度
   T_Rを検出する第２冷媒温度検出手段８と、 前記流体温度検出手段６が検出した流体の温度
   T_Aと、前記流体温度設定手段５で設定した基準
   値T_Sとの温度差を求め、該温度差に比例した値
   の弁開度Ａを算出する弁開度演算手段９と、 前記第１冷媒温度検出手段７が検出した冷媒温
   度T_Oと前記第２冷媒温度検出手段８が検出した
   冷媒温度T_Rとの温度差を求めて、これを所定値
   △Ｔと比較し、所定値△Ｔの方が大きいときは絞
   り指令信号を発信する温度差チエツク手段１０
   と、 前記温度差チエツク手段１０の絞り指令信号を
   受けて前記弁開度演算手段９に対しその算出した
   弁開度Ａにさらに単位弁開度△Ａの減算Ａ−△Ａ
   を行わせる弁開度補正手段１１と、 前記弁開度演算手段９の演算結果に基づいて前
   記電気作動冷媒制御弁４の弁開度を制御させる出
   力装置１２とからなることを特徴とする空気調和
   機の冷媒流量制御装置。 ２ 利用側コイル３が蒸発器として作用し、第１
   冷媒温度検出手段７が利用側コイル３の冷媒流出
   側部における低圧冷媒ガスの温度を検出し、第２
   冷媒温度検出手段８が利用側コイル３の冷媒流入
   側部あるいは中間部における低圧冷媒の温度を検
   出し、前記温度差チエツク手段１０が利用側コイ
   ル３における冷媒の過熱度を検出することによ
   り、冷房運転が成される特許請求の範囲第１項記
   載の空気調和機の冷媒流量制御装置。 ３ 利用側コイル３が凝縮器として作用し、第１
   冷媒温度検出手段７が利用側コイル３の冷媒流出
   側部における高圧冷媒液の温度を検出し、第２冷
   媒温度検出手段８が利用側コイル３の冷媒流通中
   間部における高圧冷媒の温度を検出し、前記温度
   差チエツク手段１０が利用側コイル３における冷
   媒の過冷却度を検出することにより、暖房運転が
   成される特許請求の範囲第１項記載の空気調和機
   の冷媒流量制御装置。