JPH068461Y2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は冷凍装置に関し、特にアキュムレータ内の残留
液冷媒量を一定レベル内に制御した冷凍空調装置に関す
る。

〈従来技術とその問題点〉 従来、例えば車輛用の空調装置においては、第１図に示
すように、圧縮能力が連続的に変化する圧縮器１と凝縮
器５と蒸発器４とを備え、該蒸発器４と圧縮機１との間
にアキュムレータ３を配置するとともにキャピラリーチ
ューブ等の固定された絞り機構２を凝縮機５と蒸発器４
との間に配置した冷房装置が用いられている。

従って、この装置にあっては、冷房負荷、或いは圧縮機
の回転数の変化によって、アキュムレータ３内の残留液
冷媒量が決まり、冷媒液レベルが定まるが前述のアキュ
ムレータ３の容積は一定であり、条件によっては、アキ
ュムレータ３内の液冷媒が満液の状態、或いは空の状態
となる場合がある。

例えば、圧縮機１が車軸駆動用原動機により駆動される
車輛用の空調装置において、原動機のアイドリング時の
如く、圧縮機１の回転数が低い場合において、蒸発器４
側の冷房負荷が低く、圧縮機１の容量制御が行なわれる
ような時、アキュムレータ３内の冷媒液レベルが満液の
状態になり、冷媒液が圧縮機へ流入（液バック）し、圧
縮機１の性能低下、あるいは圧縮機１の破損等の原因と
なる場合があった。又逆に、圧縮機１の容量制御が行わ
れず、しかも蒸発機４の負荷が大きい場合には、アキュ
ムレータ３内の冷媒液レベルが減少し、空の状態とな
り、蒸発器４内で冷媒が過熱状態になる。このため、蒸
発器４の冷房能力の低下、及び圧縮機１の吐出冷媒温度
が上昇する可能性がある。

このような条件で圧縮機１を起動すると、プルダウン性
能が悪化し、快適な室内温度に達するまでに長い時間を
必要とする。従来例では、絞り機構２として、キャピラ
リーチューブまたはオリフィス等の開度固定の絞り機構
を用いているため、圧縮機１の起動直後において絞り機
構２が開いたままであるから、高圧側より低圧側に液冷
媒が流入するので多量の液冷媒が圧縮機１に流入するお
それがある。液冷媒が圧縮機１に流入すると液圧縮とな
り、圧縮機１の耐久性能上において好ましくなく、圧縮
機１を破損に至らしめる場合もある。

また、アキュムレータ及び蒸発器内部に存在する液冷媒
は、圧縮器１の起動直後に低圧側配管内の圧力が低下す
るとともに蒸発するが、高圧側より液冷媒が流入するた
めに、起動初期の冷房性能が劣るという欠点を有する。

また、この種の冷凍装置として、特開昭５５−９９５６
７号公報、特開昭５７−１２７７５５号公報および特開
昭５４−１６３４５８号公報に記載されたものが知られ
ている。

しかし、特開昭５５−９９５６７号公報に記載された冷
凍装置は、起動時に冷媒流量を制御していないから、起
動時に圧縮機に液冷媒が流入するおそれがある。

また、特開昭５７−１２７７５５号公報に記載された冷
凍装置は、起動時に蒸発器と圧縮機の間の制御弁を一定
時間閉じているから、蒸発器内の冷媒圧力が下がりにく
く起動初期の冷房性能が劣る。

さらに、特開昭５４−１６３４５８号公報に記載された
冷凍装置は、液溜部がなく、かつ、冷媒の温度と圧縮の
状態量から推定値で循環冷媒量を制御しているから、循
環冷媒量の制御の遅れや速すぎが生じるため、起動時に
圧縮機に液冷媒が流入するおそれがある。

〈問題点を解決するための手段〉 本考案は、アキュムレータ内の冷媒液レベルを一定範囲
内に制御することによってアキュムレータ内の冷媒液が
満液状態、或いは空の状態になることのない冷凍装置を
提供することを目的とするものである。

圧縮機と、この圧縮機に接続された凝縮器と、この凝縮
器と接続されると共に前記圧縮機に接続された蒸発器
と、前記蒸発器と圧縮機との間に設けられたアキュムレ
ーターと、前記凝縮器と蒸発器との間に設けられた外部
制御形膨脹弁と、前記アキュムレーター内に配置された
冷媒液面レベル検知器とを備えた冷凍装置において、前
記冷媒液面レベル検知器は、上限レベルセンサと下限レ
ベルセンサとを備え、これらにより冷媒液面レベルが上
限以上か下限以下か上限と下限との間かを検知するよう
にし、前記圧縮機の起動時において起動開始時から前記
冷媒液面レベルが前記下限以下となるまで前記外部制御
形膨脹弁を閉じ、かつ、その後に前記外部制御形膨脹弁
を開く際に前記冷媒液面レベルが前記下限以下であると
き前記外部制御形膨脹弁の弁開度を大きくし、前記冷媒
液面レベルが前記上限以上であるとき前記弁開度を小さ
くし、かつ、前記冷媒液面レベルが前記上限と前記下限
との間であるとき前記弁開度を一定に維持するようにし
たものである。

〈考案の作用〉 圧縮機の起動時において起動開始時から前記冷媒液面レ
ベルが前記下限以下となるまで前記外部制御形膨脹弁を
閉じ、かつ、その後に前記外部制御形膨脹弁を開く際に
前記冷媒液面レベルが前記下限以下であるとき前記外部
制御形膨脹弁の弁開度を大きくして流量を増加させ、か
つ、前記冷媒液面レベルが前記上限以上であるとき前記
弁開度を小さくし流量を低下させることにより、アキュ
ムレータ内の冷媒液を一定範囲に維持して、蒸発器の冷
房能力を向上させ、かつ、圧縮機への冷媒液の流入（液
バック）を防止することができる。

〈実施例〉 以下、本考案の一実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。

第２図は、本考案の冷凍空調装置の基本系統図である。
この装置に用いている圧縮機１は圧縮能力が連続的に可
変する圧縮機１を用いているが特に圧縮能力が可変しな
い圧縮機を用いることも可能である。そして絞り機構に
は外部制御形膨張弁６を用いている。

即ち、蒸発器４と圧縮機１との間に配設されたアキュム
レータ３には、上限設定液レベルＬ_１にレベルセンサー
８１を下限設定液レベルＬ_２にはレベルセンサー８２よ
り成る検知器８を設け、この検知器８の２個のセンサー
８１と８２によって、アキュムレータ３内の冷媒液レベ
ルを検知し、この検知された信号をコントローラ７に伝
達し、外部制御形膨張弁６の弁開度を制御している。

先ずアキュムレータ３内の冷媒液レベルが設定液レベル
Ｌ_１より高い時には、外部制御形膨張弁６の弁開度を小
さくし、冷媒の循環量を減少させ設定液レベルＬ_１とＬ
_２との間に冷媒液がある時には弁開度を同じに維持さ
せ、設定液レベルＬ_２以下の時には弁開度を大きくし、
冷媒の循環量を増加させている。

次に、本考案の具体的な実施例を第３図に基づいて説明
する。即ち、第３図に示した装置は、車輛用の冷凍空調
に用いたものであって、この実施例における圧縮器１２
は、圧縮機吸入圧力が設定値より低下しないように随時
その容量が連続的に変化するいわゆる容量可変圧縮機を
用い、その駆動を車輛駆動用原動機１３によって行って
いる。

原動機１３によって駆動される圧縮機１２と蒸発器４と
の間にはアキュムレータ３が配設されている。該アキュ
ムレータ３内にはサーミスタ１０と１１を備えた検知器
８が設けられていて、設定液レベルＬ_１とＬ_２を設定
し、該設定液レベルＬ_１はサーミスタ１０で設定液レベ
ルＬ_２はサーミスタ１１で検出する。即ち、サーミスタ
１０，１１の抵抗変化からアキュムレータ３内の冷媒液
レベルが検知される。コントローラ７は、検知器８によ
って検知されたアキュムレータ３内の冷媒液レベルによ
って、次の如くした凝縮器５と蒸発器４との間に配置さ
れた外部制御形膨張弁６の弁開度を制御する。

即ち、アキュムレータ３内の冷媒液レベルが設定液レベ
ルＬ_１より高い時、前記外部制御形膨張弁６の弁開度を
或る一定の速度をもって小さくしてゆき、冷媒循環量を
減少させて、アキュムレータ３内の冷媒液レベルを低下
させ、設定液レベルＬ_１以下に制御する。更に、前記ア
キュムレータ３内の冷媒液レベルが設定液レベルＬ_１と
Ｌ_２との中間にある時には、前述の外部制御形膨張弁６
の弁開度は一定開度に維持される。従って前述の如く冷
媒液レベルが設定液レベルＬ_１より高いレベルから低下
していく過程においては、冷媒液レベルが設定液レベル
Ｌ_１に達した時点の弁開度が維持される。そして、前述
の弁開度が適当であれば、冷媒液レベルは、設定液レベ
ルＬ_１とＬ_２の間で静止し、冷媒の循環量が安定するが
維持された弁開度が設定液レベル範囲内で安定するのに
は不適当（小さすぎる）な場合には、冷媒液レベルは設
定液レベルＬ_２以下に低下する。

又、冷媒液レベルが設定液レベルＬ_２以下にある時に
は、外部制御形膨張弁６の弁開度を或る一定の速度をも
って大きくしてゆき、冷媒循環量を増加させることによ
ってアキュムレータ３内の冷媒液レベルは上昇し、設定
液レベルＬ_２に達した時点で弁開度をその開度に維持す
る。そして維持された弁開度が適当であればアキュムレ
ータ３内の冷媒液レベルＬ_１とＬ_２の間で安定する。

一方、維持された弁開度が不適当（大きすぎる）な場合
には、冷媒液レベルは設定液レベルＬ_１以上に上昇する
が、前述した如く設定液レベルＬ_１に対して冷媒液レベ
ルを低下する如くコントローラ７によって外部制御形膨
張弁６の弁開度を制御し、その制御による作動を繰り返
すことによって、最終的に設定液レベルＬ_１とＬ_２との
間にアキュムレータ３内の冷媒液レベルを安定させる。

第４図、第５図は、本考案の作動特性を示したもので、
第４図は圧縮機１２の回転数が一定で外気の熱負荷条件
も一定の時の圧縮機１２の起動から圧縮機１２が容量制
御に至らない〔(ホ)図〕或る点までの作動状態を示した
ものである。尚この実施例と異って、容量可変圧縮機で
ない通常型の圧縮機を用いた場合作動特性はこの特性に
近似する。

第４図において(イ)は、蒸発気入口空気温度と時間の関
係、(ロ)は、アキュムレータ内の冷媒液レベルと時間の
関係、(ハ)は、膨張弁リフト量（弁開度）と時間の関
係、(ニ)は、圧縮機吸入圧力と時間の関係、(ホ)は圧縮機
容量と時間の関係を示したものである。

即ち、前記圧縮機１２の起動直後では、起動開始時から
前記冷媒液レベルが前記設定液レベルＬ_２以下となるま
で外部制御形膨張弁６の弁開度を全閉におくことから圧
縮機吸入圧力は急速に低下し、そして一定時間経過後に
前記の膨張弁６の弁開度があらかじめ設定された開度ま
で開くが、この時、実際の蒸発器４側の負荷、圧縮１２
の回転数等の条件に合致した弁開度との間には若干の差
が生じる。

この為、アキュムレータ３内の冷媒液レベル(ロ)は前述
の設定液レベルＬ_１とＬ_２から外れて上昇或いは、下降
するが、前述の如くコントローラ７によって(ハ)図に示
す如く膨張弁６の弁開度(ハ)が制御され、冷媒液レベル
が設定範囲内に安定する。しかしながら、前記の蒸発器
４の入口空気温度は圧縮機１２の起動直後から次第に低
下、〔(イ)図〕し続けているため、アキュムレータ３内
の冷媒液レベル(ロ)は徐々に上昇し、ついに設定液レベ
ルの上限値Ｌ_１を越える。この時にも前述の如く、膨張
弁６の弁開度は(ハ)図に示す如く制御され、設定液レベ
ルＬ_１とＬ_２内に冷媒液レベルを安定させる。この弁開
度の制御は蒸発器４の入口空気温度の低下に応じて繰返
されて、弁開度が減少してゆき、同時に圧縮機１２の吸
入圧力(ニ)も低下し、いずれは容量制御の行われる設定
吸入圧力Ｐ_１に達する。

第５図は、圧縮機１２の吸入圧力が設定吸入圧力Ｐ_１に
達した後の状態を示したもので、各々のグラフ特性は、
第４図に順ずる。

即ち、蒸発器４の入口空気温度は更に低下しつづけるた
め、圧縮機１２の容量は第５図(ホ)の如く減少する。こ
の為アキュムレータ３内の冷媒液レベル(ロ)が上昇し、
設定液レベルＬ_１に達すると、その時点で、前述の弁開
度(ハ)の制御が行なわれる。この動作が繰り返し行なわ
れるが、その都度膨張弁６の弁開度(ハ)は閉じてゆき、
同時に圧縮機容量(ホ)は減少してゆき安定状態に至る。

〈考案の効果〉 本考案は、前述した構成を備えているものであるから圧
縮機を起動した後のプルダウン時のような過渡状態の中
にあっても、アキュムレータ内の冷媒液レベルは一定範
囲内に制御されており、圧縮機への冷媒液の流入（液バ
ック）や蒸発器出口での冷媒の過熱を防止することがで
き、圧縮機能力の低下を防ぎ、また蒸発器の能力を効率
良くでき、プルダウン性能の向上が望める。

又、圧縮機回転数や外気熱負荷の変動に対しても、常に
安定した冷房性能を提供することができ、また圧縮機へ
の冷媒液の流入（液バック）による圧縮機破損の危険性
も少い。

更に、圧縮機の起動の当初において、蒸発器内部および
蒸発器とアキュムレーターとの間に存在する液冷媒が蒸
発しながらアキュムレーターに流入し低圧側の配管内の
圧力が低下すると共に蒸発して冷媒液面レベルが下限以
下となるまで前記外部制御形膨脹弁を閉じたままなの
で、高圧側より冷媒が流入することがないから多量の液
冷媒が圧縮機に流入することを確実に防止することがで
きるという効果を有する。

また、同様に圧縮機の起動時の当初において、アキュム
レータの冷媒液面レベルが前記下限以下となるまで、前
記外部制御形膨脹弁を閉じたままなので、高圧側より低
圧側へ冷媒が流入することがないから、低圧側圧力の低
下は早いため起動時初期の冷房性能を向上することがで
きる。

そして、アキュムレータ内の冷媒液レベルを検知器によ
り検知しているため、これを用い適正冷媒封入量を容易
に得ることができ、また冷媒不足等も容易に検知するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の冷凍空調装置の系統図、第２図は、本
考案の概略を示す系統図、第３図は本考案を車軸用冷凍
装置に実施した例を示した系統図、第４図は本考案の起
動から圧縮機が容量制御に至らない状態までの作動を示
したグラフであって(イ)は蒸発器入口温度と時間の関
係、(ロ)はアキュムレータ内の冷媒液レベルと時間の関
係、(ハ)は膨張弁の弁開度と時間の関係、(ニ)は圧縮機吸
入圧力と時間の関係、(ホ)は圧縮機の容量と時間の関係
を示したものである。第５図は、圧縮機の容量が変化す
る状態における作動を示したグラフであって、(イ)は蒸
発器入口空気温度と時間の関係、(ロ)はアキュムレータ
内冷媒液レベルと時間の関係、(ハ)は膨張弁の弁開度と
時間の関係、(ニ)は圧縮機吸入圧力と時間の関係、(ホ)は
圧縮機容量と時間の関係を示したものである。 １，１２……圧縮機、３……アキュムレータ、４……蒸
発器、５……凝縮器、６……（外部制御形）膨張弁、７
……コントローラ、８……検知機構、８１，８２……液
レベルセンサー、１０，１１……サーミスタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と、この圧縮機に接続された凝縮器
   と、この凝縮器と接続されると共に前記圧縮機に接続さ
   れた蒸発器と、前記蒸発器と圧縮機との間に設けられた
   アキュムレーターと、前記凝縮器と蒸発器との間に設け
   られた外部制御形膨脹弁と、前記アキュムレーター内に
   配置された冷媒液面レベル検知器とを備えた冷凍装置に
   おいて、前記冷媒液面レベル検知器は、上限レベルセン
   サと下限レベルセンサとを備え、これらにより冷媒液面
   レベルが上限以上か下限以下か上限と下限との間かを検
   知するようにし、前記圧縮機の起動時において起動開始
   時から前記冷媒液面レベルが前記下限以下となるまで前
   記外部制御形膨脹弁を閉じ、かつ、その後に前記外部制
   御形膨脹弁を開く際に前記冷媒液面レベルが前記下限以
   下であるとき前記外部制御形膨脹弁の弁開度を大きく
   し、前記冷媒液面レベルが前記上限以上であるとき前記
   弁開度を小さくし、かつ、前記冷媒液面レベルが前記上
   限と前記下限との間であるとき前記弁開度を一定に維持
   するようにしたことを特徴とする冷凍装置。