JPH0228034B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、冷凍サイクルにおいて冷房・暖房
兼用のヒートポンプ式空気調和機等に使われる電
気式膨張弁に関するものである。

第１図は従来の電気式膨張弁を利用した空気調
和装置の冷凍サイクル構成図であり、図中１は圧
縮機、２は四方弁、３は室外側熱交換器、４は電
気式膨張弁、５は室内側熱交換器である。圧縮機
で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスの流出先は、
冷房あるいは暖房運転に応じて四方弁２により室
外側熱交換器３側、あるいは室内側熱交換器５側
に切り換えられる。第１図は冷房運転例を示し、
四方弁２を通つた高温・高圧の冷媒ガスは室外側
熱交換器３で凝縮し、電気式膨張弁４に至る。こ
こで断熱膨張し、低圧の気液二相になつた冷媒は
室内側熱交換器５で蒸発ガス化して、再び四方弁
２を通つてアキユームレーター６に至り、ここか
ら吸入配管１２を通つて再び圧縮機１に戻る。以
上のサイクルで運転される冷凍サイクルにおい
て、電気式膨張弁４の開度を制御する方法は、吸
入配管１２の途中に設けられた温度センサー７
と、同じく吸入配管１２の途中に設けられた圧力
センサー８の信号とが制御器１１に送られ、制御
器１１においてこの両信号からスーパーヒート量
を演算し、この結果による信号で制御されるよう
になつていた。

また他の方法としては圧力センサー８の代りに
蒸発器（第１図の場合は室内側熱交換器５）の配
管に設けられた温度センサー９で蒸発器飽和温度
を検出し、この信号と吸入配管１２の温度センサ
ー７の信号とでスーパーヒート量を演算して制御
していた。この場合、冷凍サイクルの運転が逆転
し、暖房になつた場合は室外側熱交換器３に取り
付けられた温度センサー１０と吸入配管１２の温
度センサー７とが使われていた。

ところがこのような従来のものでは前者の場
合、圧縮機１への吸入圧力を検出する圧力センサ
ーが高価で信頼性に乏しく実用には適さなかつ
た。また後者の場合、蒸発器飽和温度を検出する
ためには室外側熱交換器と室内側熱交換器との両
者に温度センサーを設けなければならない。さら
に過度運転時や起動時には温度センサーで検知し
ている部分が定常的な飽和状態になつているとは
限らず制御温度として使いにくい欠点を有してい
た。

この発明は以上の欠点をなくし、過度運転時や
起動時も正確に圧縮機吸入圧力の飽和温度を検出
可能にする機能を付加した電気式可逆膨張弁を提
供することにあり、その構成は、冷媒を常に膨張
弁の低圧側からアキユムレータの冷媒吸入側へバ
イパスするように、膨張弁の冷媒流路の高圧側、
低圧側にそれぞれ開口する開口部から、アキユム
レータ冷媒吸入側へ接続される冷媒出口にかけて
形成されるバイパス路を設け、上記２つの開口部
のうち低圧側を開し、高圧側を閉する開閉手段を
備えたものである。

以下図示実施例を参照して詳細に述べる。

第２図はこの発明の電気式可逆膨張弁２４の断
面図であり、１３は本体のボデイー、１４は室外
側熱交換器３からの配管に接続される冷媒流入
口、１５は室内側熱交換器５からの配管に接続さ
れる冷媒流出口で、冷媒流入口１４、冷媒流出口
１５間に冷媒流路が形成されている。なお、ここ
では冷房運転の場合を示すが、暖房運転時には１
４が冷媒流出口、１５が冷媒流入口となる。１６
はこの流入口１４と流出口１５との間に設けられ
た弁口１６ａを形成する絞り弁部としてのバルブ
ポート、１７は弁口１６ａの開度を調節するバル
ブピンで磁性体でできている。１８はボデイ１３
の蓋兼バルブピンのストツパーで同じく磁性体で
できている。１９はこのストツパー１８とバルブ
ピン１７の間に設けられたスプリングで常時バル
ブピン１７が弁口１６ａを閉塞するよう付勢して
いる。２０は電磁コイルで、２１はそのリード線
である。２２はバルブポート１６に設けられたバ
イパス路で、冷媒流入口１４および冷媒流出口１
５の両方に開口し、バイパス冷媒出口２２ａを有
している。２３はこのバイパス路２２の２つの開
口部を開閉する開閉手段としての２コの弁球で、
互に連結されており、冷媒の流入圧力によつて高
圧側である冷媒流入口１４側の開口を閉塞し、低
圧側である冷媒流出口１５側は開放するようにな
つている。従つて、冷房運転時と暖房運転時とで
は冷媒流入側と冷媒流出側が入れ換わるので、弁
球による開放、閉塞も逆になる。

このような構成になる電気式可逆膨張弁はリー
ド線２１からの電気信号に応じてバルブピン１７
がスプリング１９の付勢力に抗して移動し、弁口
１６ａの開度を調節する。従つて電気信号により
開度を調節できる。バイパス路２２は弁球２３に
よつて冷媒流入側が閉塞され、流出側が開口して
いるので、常に断熱膨張後の冷媒、即ち低圧側の
冷媒がバイパス路２２に流入する。

以上のような電気式可逆膨張弁を用いた冷凍サ
イクル装置について第３図をもとに説明する。こ
の第３図において１は圧縮機、２は四方弁、３は
室外側熱交換器、５は室内側熱交換器、６はアキ
ユームレーター、７は吸入温度センサーでこれら
は第１図に示す従来の装置と同じものである。２
５は一端が第２図で示した電気式可逆膨張弁２４
のバイパス路２２のバイパス冷媒出口２２ａに接
続された冷媒配管でアキユームレーター６の冷媒
吸入管に他端が接続されている。２６はこの配管
２５のアキユームレーター吸入側近傍に設けられ
た温度センサー、１１は制御器でその構成は第４
図に示す如く三菱電機製マイクロコンピユータ
M8748を主体に構成されている。即ち吸入配管１
２の温度センサー７はＡ／Ｄ変換器２７を介して
マイクロコンピユータ２８の入力ポートに接続さ
れている。同様にして温度センサー２６もＡ／Ｄ
変換器２７を介してマイクロコンピユータ２８に
接続される。電気式可逆膨張弁２４の電磁コイル
２０にはホトカプラー２９の受光部を通して直流
電源３０から電流が流れる。マイクロコンピユー
タ２８の出力ポートからの制御信号は反転器３１
で反転され、ホトカプラー２９の発光部に制御信
号に応じた電流を流し、この発光部は電流に応じ
た発光をし、受光部を介して制御信号に応した電
流を電磁コイル２０に流す。

このような構成からなる冷凍サイクル装置にあ
つて、冷媒は電気式可逆膨張弁２４で断熱膨張し
た後の冷媒の一部がバイパス路２２を通つてアキ
ユームレーター６の冷媒吸入管にバイパスする以
外は第１図に示す従来装置と同じ冷媒回路を形成
する。

第５図は第３図の実施例による冷凍サイクルの
動きをモリエル線図上で示したもので、横軸はエ
ンタルピーＨを、縦軸は圧力Ｐを示す。図中Ａは
圧縮機１の吸入冷媒状態を、Ｂは吐出冷媒状態
を、Ｃは膨張弁入口の冷媒状態を、Ｄは膨張弁出
口冷媒状態を示す。またＥはバイパス路２２から
の冷媒配管２５の出口の冷媒状態を示し、破線は
冷媒（フレオンＲ−22）のモリエル線図上、等
圧・等温線を示す。

第６図は蒸発器、例えば冷房運転時の室内側熱
交換器５内の冷媒の流動様式のモデル図であり、
冷媒の流れ方向を矢印で示し、ａは波状流、ｂは
環状流、ｃは噴霧流、ｄはガス流を示す。

第７図と第８図は冷凍サイクル起動時の蒸発器
内の冷媒の物性変化の実験結果による特性図であ
り、第７図は蒸発器の冷媒入口から出口まで順に
伝熱管に番号を付したときのそれぞれの場所の管
壁温度を測定した特性図で、起動時から定常時ま
でのそれぞれの温度の変化を示しており、また第
８図は冷媒のかわき度ｘに対する圧損△Ｐの特性
図である。

第１図に示す従来の冷凍サイクルのようにスー
パーヒート量の検出に、温度センサー９又は１０
によつて、第７図に示す蒸発器の管壁温度を把握
しようとすると、正確なスーパーヒート量が検出
できない。即ち、正確なスーパーヒート量は、圧
縮機吸入圧力に対応した冷媒の飽和温度と、実際
の圧縮機吸入温度との差により求められるもので
あるが、第６図のように冷媒の流動様式の変遷に
ともなつて蒸発器内で第８図のような圧損分布が
発生し、蒸発器出口では入口よりも圧力が低下し
ていることから、蒸発器の配管に設けられた温度
センサー９または１０により検出される飽和温度
は圧損による圧力低下前の蒸発器の圧力に相当す
る飽和温度であり、実際に圧縮機に吸入される冷
媒の圧力に相当する飽和温度ではないため、この
検出温度と温度センサー７による圧縮機吸入冷媒
温度（Ａ点）とからは正確なスーパーヒート量が
検出できない。ところが第３図の実施例によれ
ば、電気式可逆膨張弁２４のバイパス路２２から
飽和冷媒が流出し、この冷媒が第３図のＥ点付近
の圧力、即ち圧縮機吸入圧力に相当する飽和温度
をＥ点付近に発生させる。従つて、このＥ点付近
の温度を温度センサー２６により検出することに
より正確に圧縮機吸入圧力に対する飽和温度が検
出でき、温度センサー７の検出温度との差を演算
することで、圧縮機への冷媒ガスのスーパーヒー
ト量が正確に演算でき、これによつて電気式可逆
膨張弁の開度を制御するのでスーパーヒート量が
一定にでき最大成績係数の運転が可能となる。

つぎに制御装置１１内における演算および判断
機能の一実施例について第９図のフローチヤート
により説明する。この第９図においてT₁は温度
センサー７で検出した圧縮機１への冷媒吸入温
度、T_Sは温度センサー２６で検出した圧縮機吸
入圧力相当の飽和温度、SHはスーパヒート量、
SH₁，SH₂は設定値、Ｅは検出時の電気式可逆膨
張弁の開度、△Ｅは開度巾、Ｋは定数を示す。

この第９図において、ステツプＡである一定時
間△ｔ毎に、第３図に示す温度センサ２６による
飽和温度T_Sと、温度センサ７による吸入温度Ti
を読み込む。

次に、ステツプＢにおいて、上記吸入温度Ti
と飽和温度T_Sとの差をスーパヒート量SHとして
演算する。

そこで、ステツプＣに移行し、演算されたスー
パヒート量SHが設定値SH1より大でSH2より小
の場合はステツプＣからステツプＡに戻り電気式
可逆膨張弁２４の開度Ｅ※はそのままで再び△ｔ
時間後の測定をする。

また、ステツプＣにおいて、演算されたスーパ
ヒート量が設定値SH2より大きいときはステツプ
ＣからステツプＦに移行し、電気式可逆膨張弁２
４の開度Ｅ※は開く方向の信号△Ｅを出す。

逆に、演算されたスーパヒート量のSHが設定
値SH1以下（ステツプＤ）のときは電気式可逆膨
張弁２４の開度Ｅ※はステツプＥで閉じる方向の
信号−Ｋ・△Ｅを出す。

ここで特色があるのは電気式可逆膨張弁２４の
開度を開く巾の信号が△Ｅであるのに対して電気
式可逆膨張弁２４を閉じる巾の信号が−Ｋ・△Ｅ
（Ｋ＞１）というように閉じる巾が大きいことで
ある。

これは、圧縮機１を保護する意味から液圧縮を
極力避けるため、閉じるスピードまたは閉じる量
を大きくしたことである。

第１０図は電気式可逆膨張弁２４の他の実施例
を示すもので、第２図に示すものが電磁式である
のに対し、これはパルスモータを用いたものであ
り、リード線２１から制御装置１１よりの制御信
号パルスがステータコイル２０に入力されるとこ
のパルス数に応じてバルブピン１７と一体化され
たロータ３２が回転し弁口の開度を調節する。３
４は均圧孔であり、その他は第２図に示すものと
略同一のものである。

以上のべたようにこの発明によれば、膨張弁内
の冷媒流路に設けられた２つの開口部のうち、常
に低圧側の開口部を開し、高圧側の開口部を閉す
る開閉手段を設け、この開口部からの冷媒をバイ
パスするバイパス路を設けているので、断熱膨張
した後の低圧冷媒が冷凍サイクルのアキユムレー
タにバイパスすることができ、冷凍サイクルの冷
媒の圧縮機吸入圧力に相当する飽和温度を正確に
測ることができる冷凍サイクルを形成することが
可能となり、冷媒の飽和温度と圧縮機への吸入温
度とでスーパヒート量を正確に演算して、このス
ーパヒート量を用いた制御が確実に行えるように
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍サイクル構成図、第２図は
この発明の一実施例の電気式可逆膨張弁の縦断面
図、第３図は第２図の電気式可逆膨張弁を用いた
一実施例を示す冷凍サイクル構成図、第４図は第
３図の制御装置部の回路図、第５図は第３図の装
置のモリエル線図、第６図は蒸発管内の冷媒の流
動様式のモデル図、第７図は蒸発器管壁の温度分
布を示す特性図、第８図は蒸発管内の圧力損失分
布を示す特性図、第９図は制御装置のプログラム
の一例を示すフローヤヤート、第１０図はこの発
明の他の実施例を示す電気式可逆膨張弁の縦断面
図である。 図中同一符号は同一または相当部分を示し、１
は圧縮機、２は四方弁、３は室外側熱交換器、５
は室内側熱交換器、６はアキユームレータ、７は
吸入温度センサー、１１は制御装置、１３はボデ
イー、１４は冷媒流入口、１５は冷媒流出口、１
６はバルブポート、１６ａは弁口、１７はバルブ
ピン、２０は電磁コイル、２２はバイパス路、２
２ａはバイパス冷媒出口、２３は弁球、２４は電
気式可逆膨張弁、２６は飽和温度センサー、２８
はマイクロコンピユータ、２９はホトカプラー、
３２はローターである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷凍サイクル中に設けられる電気式可逆膨張
   弁において、膨張弁本体内に形成された冷媒流路
   と、この冷媒流路に設けられた絞り弁部と、この
   絞り弁部により区分けされた上記冷媒流路の両方
   の流路途中にそれぞれ開口する２つの開口部か
   ら、冷凍サイクル中のアキユムレータ冷媒吸入側
   と配管接続される冷媒出口にかけて形成されたバ
   イパス路と、上記２つの開口部のうち、低圧側開
   口部を開し、高圧側開口部を閉する開閉手段とを
   備えたことを特徴とする電気式可逆膨張弁。