JPH05113252A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】温度式膨脹弁を用いた冷凍サイクル装置におい
て、凝縮器負荷が過大となったような場合でも吐出温度
を低下できるようにする。電動式膨脹弁を用いた冷凍サ
イクル装置において、外乱等によりスーパーヒートが小
さくなって液バック状態となった場合でも弁開度の制御
が行えるようにする。 【構成】圧縮機３１、凝縮器３２、温度式膨脹弁３３お
よび蒸発器３４を順次に接続する。蒸発器３４から圧縮
機３１への冷媒吸込みライン３５ａを主ライン３６とバ
イパスライン３７とに分岐する。バイパスライン３７に
冷媒加熱用ヒータ３９とその下流側に位置する温度式膨
脹弁用感温筒４０とを設ける。圧縮機３１の吐出温度が
一定以上に上昇した場合にヒータ３９に加熱用入力を行
わせる制御装置４２を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度式膨脹弁または電
動式膨脹弁を用いて冷媒制御を行う冷凍サイクル装置に
係り、特に液バック状態下での冷媒制御を可能とした冷
凍サイクル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に、温度式膨脹弁を用いて冷媒制御
を行う冷凍サイクル装置の従来例を示している。

【０００３】圧縮機１、凝縮器２、温度式膨脹弁３およ
び蒸発器４が冷媒配管５によって順次に接続され、これ
により閉じた冷凍サイクルが構成されている。

【０００４】蒸発器２から圧縮機１への冷媒吸込みライ
ン５ａには温度式膨脹弁用感温筒６が設けられ、この感
温筒６がキャピラリ管６ａを介して温度式膨脹弁３に接
続されるとともに、同ライン５ａと温度式膨脹弁３とが
均圧管７によって接続されている。

【０００５】そして、サイクル運転時に、冷媒吸込みラ
イン５ａのスーパーヒートが小さくなると、感温筒６お
よびキャピラリ管６ａ内のガス収縮により温度式膨脹弁
３が絞り動作を行い、これにより蒸発器４への液冷媒の
供給量が減少してスーパーヒートを上昇させる制御が行
われる一方、スーパーヒートが大きくなると感温筒６お
よびキャピラリ管６ａ内のガス膨脹により温度式膨脹弁
３が開方向に動作して、蒸発器４への液冷媒の供給量が
増大してスーパーヒート低減用制御が行われ、これによ
り冷凍サイクルのスーパーヒートが一定になるよう、自
動調節が行われる。

【０００６】また、図６に、電動式膨脹弁を用いて冷媒
制御を行う冷凍サイクル装置の従来例として、スプリッ
トタイプのヒートポンプ式空気調和機の系統構成を示し
ている。

【０００７】圧縮機１１、室内熱交換器１２、電動式膨
脹弁１３および室外熱交換器１４が冷媒配管１５によっ
て順次に接続されるとともに、圧縮機１１の吸込みライ
ン１５ａおよび吐出ライン１５ｂに四方弁１６が配置さ
れ、これによりヒートポンプ式冷凍サイクルが構成され
ている。圧縮機１１の吸込みライン１５ａには、冷媒の
吸込み温度検出器１７が設けられている。

【０００８】また、冷媒配管１５の膨脹弁上下流部位と
圧縮器１１の吸込みライン１５ａとを接続する配置で、
キャピラリチューブ１８を有する飽和温度検出回路１９
が設けられ、この飽和温度検出回路１９には飽和温度検
出器２０が設けられている。

【０００９】そして、吸込み温度検出器１７で吸込ライ
ン１５ａにおけるスーパーヒートが検出されるととも
に、飽和温度検出器２０で飽和温度が検出され、これら
が制御装置２１に入力されてスーパーヒート量が求めら
れるとともに、その求められたスーパーヒート量と設定
値との差（偏差）に応じて弁開度の補正量が求められ、
これにより電動式膨脹弁１３のモータ１３ａが制御され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した従来
の各冷凍サイクル装置には、次のような問題がある。

【００１１】すなわち、図５に示した温度式膨脹弁３を
用いた冷凍サイクル装置においては、標準的な条件下で
はスーパーヒートが適度に調節されて効率のいい運転が
行われるが、凝縮器負荷が過大となる等、凝縮温度が高
くなった条件下等では、スーパーヒートが一定である
と、圧縮器からの吐出冷媒が過度に高温となる場合があ
る。

【００１２】また、図６に示した電動式膨脹弁１３を用
いた冷凍サイクル装置では、例えば何等かの外乱によっ
てスーパーヒートが減少し、液バック状態となった場合
には、スーパーヒートの値が０となり、この間は常に設
定値との差が一定となる。このため、電動式膨脹弁１３
の開度補正量も一定となり、液バックの度合によっては
弁開度の制御が行われなくなる場合がある。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、第１の目的は、温度式膨脹弁を用いた冷凍サイ
クル装置において、凝縮器負荷が過大となったような場
合でも吐出温度を低下できるようにすることにあり、第
２の目的は、電動式膨脹弁を用いた冷凍サイクル装置に
おいて、外乱等によりスーパーヒートが小さくなって液
バック状態となった場合でも弁開度の制御が行えるよう
にすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、圧縮
機、凝縮器、温度式膨脹弁および蒸発器を順次に接続し
た冷凍サイクル装置において、前記蒸発器から前記圧縮
機への冷媒吸込みラインを主ラインとバイパスラインと
に分岐するとともに、前記バイパスラインに冷媒加熱用
ヒータとその下流側に位置する温度式膨脹弁用感温筒と
を設け、かつ前記圧縮機の吐出温度が一定以上に上昇し
た場合に前記ヒータに加熱用入力を行わせる制御装置を
備えたことを特徴とする。

【００１５】請求項２の発明は、圧縮機、凝縮器、電動
式膨脹弁および蒸発器を接続した冷凍サイクル装置にお
いて、前記蒸発器から前記圧縮機への冷媒吸込みライン
を主ラインとバイパスラインとに分岐するとともに、前
記バイパスラインに冷媒加熱用ヒータとその下流側に位
置する吸込み温度検出器とを設け、かつ前記吸込み温度
検出器の検出値に基づいてスーパーヒートが一定となる
よう前記電動式膨脹弁を開閉制御する制御装置を備えた
ことを特徴とする。

【００１６】

【作用】請求項１の発明による作用は以下の通りであ
る。

【００１７】すなわち、冷凍サイクルが通常の標準的な
条件下で駆動される場合には、ヒータによる冷媒加熱は
行われず、冷媒が吸込みラインの主ラインおよびバイパ
スラインの両方に流通し、上述した従来の冷凍サイクル
装置と略同様の冷媒制御が行われ、液バックのない効率
のよい運転が行われる。

【００１８】これに対し、例えば凝縮器負荷が過大とな
る等、凝縮温度が高くなった条件下等で、圧縮機の吐出
温度が一定以上に上昇した場合には、制御装置によって
バイパスラインのヒータに加熱用入力が行わなれる。こ
の冷媒加熱により、バイパスラインではスーパーヒート
が大きくなるので、温度式膨脹弁が開方向に動作して、
スーパーヒートが小さくなる方向の制御が行われ、吸込
みラインの主ラインでは液バック気味の運転となって圧
縮器の吐出温度が低下するよう自動調節が行われる。

【００１９】したがって、請求項１の発明によれば、温
度式膨脹弁を用いた冷凍サイクル装置において、凝縮器
負荷が過大となったような場合でも、吐出温度が低下で
きるようになる。さらにヒータへの入力を制御すること
によって、吐出温度を一定に保つことができる。

【００２０】また、請求項２の発明による作用は以下の
通りである。

【００２１】すなわち、本発明ではバイパスラインに設
けた吸込み温度検出器が制御装置に入力され、飽和温度
との差によりスーパーヒート量が求められ、この求めら
れたスーパーヒート量が設定値との比較による差（偏
差）によって電動式膨脹弁が制御され、常時はスーパー
ヒートが一定となるように制御される。

【００２２】そして、この状態から何等かの外乱（例え
ば蒸発器のファンの風量急減等）により、蒸発器出口の
スーパーヒートが小さくなり、液バック状態となったよ
うな場合には、この液バック状態（湿り状態）の冷媒の
一部がバイパスラインに分流されてヒータによって加熱
され、湿り状態から乾き状態に変化する。

【００２３】このような乾き度の変化により、バイパス
ラインのスーパーヒート量が増大し、これによる温度上
昇が吸込み温度検出器によって検出され、制御装置によ
って電動式膨脹弁の開度が補正されるものである。

【００２４】したがって、請求項２の発明によると、電
動式膨脹弁を用いた冷凍サイクル装置において、外乱等
によりスーパーヒートが小さくなって液バック状態とな
った場合でも、弁開度の制御が行えるようになる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２６】図１および図２は第１実施例を示してい
る。

【００２７】本実施例では、図１に示すように、圧縮機
３１、凝縮器３２、温度式膨脹弁３３および蒸発器３４
が冷媒配管３５によって順次に接続され、これにより閉
じた冷凍サイクルが構成されている。

【００２８】蒸発器３２から圧縮機３１への冷媒吸込み
ライン３５ａは、主ライン３６とバイパスライン３７と
に分岐されている。

【００２９】バイパスライン３７には上流側から順に、
絞り機構３８、冷媒加熱用の電気式ヒータ３９、温度式
膨脹弁用感温筒４０が設けられている。感温筒４０はキ
ャピラリ管４０ａを介して温度式膨脹弁３３に接続され
るとともに、同ライン３７と温度式膨脹弁３３とが均圧
管４１によって接続されている。

【００３０】ヒータ３９は、バイパスライン３７の配管
を覆う伝熱コイル等によりユニット構成とされており、
制御装置４２によって加熱用入力つまり通電の制御が行
われるようになっている。

【００３１】制御装置４２は、入力制御器４３およびマ
イクロコンピュータ４４を有する構成とされ、圧縮機３
１の吐出ライン３５ｂに設けた吐出温度検出器４５から
の温度検出信号が入力制御器４３に入力され、マイクロ
コンピュータ４４でヒータ３９への入力制御用演算等を
行うようになっている。

【００３２】図２は制御装置４２におけるヒータ入力レ
ベルと吐出温度との関係を例示したものである。同図に
示すように、吐出温度が上昇するにつれて、ヒータ入力
はステップ的に増加するものとされ、例えば吐出温度が
１０５℃以上で入力が最大になり、吐出温度が９５℃以
下で入力は０となるよう設定されている。

【００３３】次に作用を説明する。

【００３４】標準的な条件下でのサイクル運転時には、
吐出温度が例えば９５℃以下とされ、ヒータ３９がOFF
状態とされる。また、温度式膨脹弁３３はバイパスライ
ン３６のスーパーヒートを例えば５deg に設定して制御
運転される。この場合、ヒータがOFF であることから、
主ライン３６でも同様に、スーパーヒート５deg に制御
され、液バックのない効率のよい運転が行われる。

【００３５】一方、凝縮器３２の負荷が過大となったよ
うな場合には、凝縮温度が高くなり、圧縮機３１の吐出
温度も高くなる。このとき、制御装置４２は吐出温度検
出器４５からの信号を受け、ヒータ３９へ入力を加える
制御を行う。

【００３６】ヒータ３９への入力が行われると、バイパ
スライン３７内の冷媒は加熱され、スーパーヒートがヒ
ータOFF 時の５deg より大きな値となる。これにより、
温度式膨脹弁３３は感温筒４０を介して、スーパーヒー
トが小さくなる方向の制御動作、つまり弁開度を拡大す
る方向の制御動作を行う。したがって、バイパスライン
３７のスーパーヒートは、元の５deg に戻るが、主ライ
ン３６ではスーパーヒートが５deg 以下に制御され、液
バック気味となる。

【００３７】このように、ヒータ３９に入力が加えられ
バイパスライン３７が加熱されると、吸込ライン３５ａ
のスーパーヒートは小さくなり、これにより吸込ライン
３５ａが液バック気味となって吐出温度の上昇が抑えら
れる。なお、ヒータ入力は吐出温度の高さに応じて増加
するよう設定される。

【００３８】以上のように、実施例の構成によれば、標
準負荷ではスーパーヒートが５degの効率のよい運転が
行える一方で、負荷が重く、吐出温度が上昇したような
場合には、液バック気味の運転となって、吐出温度を１
００℃付近に抑えることができる。

【００３９】図３および図４は第２の実施例を示してい
る。

【００４０】本実施例はスプリットタイプのヒートポン
プ式空気調和機についてのもので、図３に示すように、
圧縮機５１、室内熱交換器５２、電動式膨脹弁５３およ
び室外熱交換器５４が冷媒配管５５によって順次に接続
されるとともに、圧縮機５１の吸込みライン５５ａおよ
び吐出ライン５５ｂに四方弁５６が配置され、これによ
りヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。圧縮
機５１の吸込みライン５５ａには、冷媒の吸込み温度検
出器５７が設けられている。

【００４１】また、冷媒配管５５の膨脹弁上下流部位と
圧縮器５１の吸込みライン５５ａとを接続する配置で、
キャピラリチューブ５８を有する飽和温度検出回路５９
が設けられ、この飽和温度検出回路５９に飽和温度検出
器６０が設けられている。

【００４２】そして、吸込み温度検出器５７で吸込ライ
ン５５ａにおけるスーパーヒートが検出されるととも
に、飽和温度検出器６０で飽和温度が検出され、これら
が制御装置６１に入力されてスーパーヒート量が求めら
れるとともに、その求められたスーパーヒート量と設定
値との差（偏差）に応じて弁開度の補正量が求められ、
これにより電動式膨脹弁５３のモータ５３ａが制御され
る。

【００４３】このものにおいて、圧縮機５１への冷媒吸
込みライン５５ａが、主ライン６２とバイパスライン６
３とに分岐されるとともに、このバイパスライン６３に
絞り機構６４を介して冷媒加熱用ヒータ６５が設けられ
ている。このヒータ６５は、例えば圧縮器吸込み温度が
一定以下となったとき、ヒータ制御装置６６によって加
熱用入力が行われるよう制御される。なお、前記の吸込
み温度検出器５７はバイパスライン６３のヒータ６５下
流側に配置されている。

【００４４】また、前記の制御装置６１は、吸込み温度
検出器５７の検出値に基づいてスーパーヒートが一定と
なるよう、電動式膨脹弁５３を開閉制御するマイクロコ
ンピュータを有する構成とされている。

【００４５】図４は、その制御装置６１の作用を示すフ
ロ−チャ−トであり、電動式膨脹弁５３は次の手順で制
御動作される。

【００４６】基本的には、バイパスライン６３の吸込み
温度検出器５７と飽和温度検出回路５９の飽和温度検出
器６０からの信号をもとに、制御装置６１のマイクロコ
ンピュータによって演算が行われ、電動式膨脹弁５３が
制御されるものである。

【００４７】まず、吸込み温度検出器５７と飽和温度検
出器６０との差より、バイパスライン６３のスーパーヒ
ートＳＨ（＝Ｔａ−Ｔｂ）が検出される（ａ）。Ｔａは
バイパスライン６３の温度、Ｔｂは飽和温度である。

【００４８】そして、タイマ（ｂ）で一定の制御インタ
ーバル（例えば１分）毎に、設定値ＳＨＳと実際のスー
パーヒートＳＨとの差（偏差）ΔＳＨが求められる
（ｃ）。

【００４９】この偏差ΔＳＨの大小により、電動式膨脹
弁５３の開度補正量ΔＰＬＳ（＝ｆ（ΔＳＨ））が求め
られ、信号出力（ｅ）により弁制御が行われる。信号出
力後は、タイマリセットが行われる（ｆ）。

【００５０】偏差ΔＳＨがプラスの時（スーパーヒート
が小さい時）には、電動式膨脹弁５３の開度を閉じる方
向に、また偏差ΔＳＨがマイナスの時（スーパーヒート
が大きい時）には、電動式膨脹弁５３の開度を拡大する
方向に制御が行われる。また、偏差ΔＳＨが大きいほど
補正量も大きく制御される。

【００５１】本実施例によれば、常にバイパスライン６
３のスーパーヒートが一定になるように制御されるの
で、何等かの外乱（例えば蒸発器のファンの風量急減
等）により、蒸発器（室内熱交換器５２または室外熱交
換器５４）出口のスーパーヒートが小さくなり、場合に
よって液バック状態となったとしても、この液バック状
態（湿り状態）の冷媒がバイパスライン６３により分流
され、一部の冷媒がヒータ６５で加熱され、湿り状態か
ら乾き状態になる。

【００５２】このような乾き度の変化により、バイパス
ライン６３のスーパーヒート量が増大するので、これに
よる温度上昇が吸込み温度検出器５７によって検出さ
れ、制御装置６１によって電動式膨脹弁５３の開度が補
正されるものである。

【００５３】したがって、電動式膨脹弁５３を用いた冷
凍サイクル装置において、外乱等によりスーパーヒート
が小さくなって液バック状態となった場合でも、迅速か
つ円滑な制御を行い、所定のスーパーヒート量に戻すこ
とができる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、請求項１発明によれば、
温度式膨脹弁を用いた冷凍サイクル装置において、凝縮
器負荷が過大となったような場合でも吐出温度を低下で
きるようになる。

【００５５】また請求項２の発明によれば、電動式膨脹
弁を用いた冷凍サイクル装置において、外乱等によりス
ーパーヒートが小さくなって液バック状態となった場合
でも弁開度の制御が行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す系統図。

【図２】前記実施例における作用を示すグラフ。

【図３】本発明の第２の実施例を示す系統図。

【図４】第２の実施例における作用を示すフロ−チャ−
ト。

【図５】従来例を示す系統図。

【図６】他の従来例を示す系統図。

【符号の説明】

３１，５１ 圧縮機 ３２，（５２，５４） 凝縮器 ３３ 温度式膨脹弁 ３４（５２，５４） 蒸発器 ３５ａ，６５ａ 吸込みライン ３６，６２ 主ライン ３７，６３ バイパスライン ３９，６５ ヒータ ４０ 感温筒 ４２，６１ 制御装置 ５３ 電動式膨脹弁 ５７ 吸込み温度検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、温度式膨脹弁および蒸
   発器を順次に接続した冷凍サイクル装置において、前記
   蒸発器から前記圧縮機への冷媒吸込みラインを主ライン
   とバイパスラインとに分岐するとともに、前記バイパス
   ラインに冷媒加熱用ヒータとその下流側に位置する温度
   式膨脹弁用感温筒とを設け、かつ前記圧縮機の吐出温度
   が一定以上に上昇した場合に前記ヒータに加熱用入力を
   行わせる制御装置を備えたことを特徴とする冷凍サイク
   ル装置。
2. 【請求項２】 圧縮機、凝縮器、電動式膨脹弁および蒸
   発器を接続した冷凍サイクル装置において、前記蒸発器
   から前記圧縮機への冷媒吸込みラインを主ラインとバイ
   パスラインとに分岐するとともに、前記バイパスライン
   に冷媒加熱用ヒータとその下流側に位置する吸込み温度
   検出器とを設け、かつ前記吸込み温度検出器の検出値に
   基づいてスーパーヒートが一定となるよう前記電動式膨
   脹弁を開閉制御する制御装置を備えたことを特徴とする
   冷凍サイクル装置。