JPS5851177B2 - 冷房・除湿可能な冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１個の過熱度制御用自動膨張弁だけで切換弁等
の流体制御器を一切用いずに冷房と除湿の両運転が簡単
に行える簡易回路形冷凍装置に関する。

冷房・除湿運転が可能な従来のこの種の冷凍装置は、第
１図（室内ユニットのみ図示）に例示するように冷房と
除湿の相互間を切換えるための開閉弁として電磁弁Ｓ■
を１個以上必要としていたし、また、構造によっては膨
張弁ＥＶ、ＥＶを２個不可欠としたり逆型弁も要るなど
付属装置の点数増加や回路構造の複雑さを齋らして装置
コストが高くつく問題があったし、切換音を伴うなどの
不都合があった。

さらに、冷房から除湿に切り換える際や、凝縮器に転じ
て再熱器として利用する室内コイルの再熱能力を増すた
めに室外コイル用ファンの風量を低減させた場合などに
、冷媒の状態変化が操作に即応しなくて所謂追随性が悪
くなる結果、圧縮機に液戻りを起す欠点があった。

また、凝縮器の熱交換面積が蒸発器のそれｆこ比して可
成り大きくなる構造であるために、減圧器の絞り量を太
きくしなければならず、その結果として低圧々力が下っ
て蒸発器に霜付きを起し易いし、さら（こ冷媒充填量が
比較的多いことから、低圧側に多量の液冷媒が溜まり、
起動立上り時に液戻りが起り易いという問題もあった。

しかも起動立上り時には減圧器直前の冷媒の過冷却が十
分取れなくてフラッシュ冷媒が減圧器を流通して不快な
通過音を発生することもあった。

さらに又、室内コイル側での再熱量の調節が容易でない
構造であるために、冷風気味、温風気味（こ調節するこ
とが困難である等の実用上の欠陥を免れ得なかった。

また、除湿時再熱器となり冷房時蒸発器となる第１室内
コイル５′内の圧力が、冷房運転お岑び除湿運転相互間
の切換え時ｆこ急激に高圧０低圧に変化するため、特に
冷房運転から除湿運転に切換えたとき、前記第１室内コ
イル５′内に高圧冷媒が流入して、該コイル５′内が急
激に低圧から高圧に変化するため、この圧力変化に伴な
う衝撃音が発生し、室内の居住者に不快感を与えるとい
う欠点もあった。

本発明は以上の如き欠点を改善しようとして成されたも
のであって、過熱度制御用自動膨張弁を静止過熱度が弁
本体外から高低調節できる可変過熱変形膨張弁（こ形成
する一方、この膨張弁出口に接続した第１室内コイルと
、圧縮機吸入口に接続して第１室内コイルに対し空気流
路中の下流側に配設した第２室内コイルを直列接続する
連絡配管に、室外コイルから前記自動膨張弁入口に至る
配管を熱交換関係に配設して、前記自動膨張弁の過熱度
を冷房・除湿の切換操作に連動して高低調節することに
より、低域側過熱で冷房運転が、高域側過熱度で除湿運
転が成される如くしたことを特徴とする。

本発明を添付図面に示す実施例装置に基づいて以下説明
する。

第２図は分離形空気調和機の装置回路図で、室外ユニッ
トイ・には圧縮機１、凝縮器として作用する対空魚形室
外コイル２、室外ファン３を有し、室内ユニット口には
冷房時、除湿時共に蒸発器として作用する第１室内コイ
ル４、冷房時蒸発器、除湿時再熱器として作用する第２
室内コイル５、室内ファン６、過熱度制御用自動膨張弁
７（以下膨張弁７と略称する）および熱交換装置１０を
有している。

圧縮機１の吐出口から吸入口に至って、室外コイル２、
熱交換装置の外側通路１１ａ、膨張弁７、第１室内コイ
ル４、熱交換装置１０の内側通路１２および第２室内コ
イル５を、この記載順序で配管接続するとともに、膨張
弁７の制御要素たる感温筒８を第２室内コイル５から圧
縮機１吸入口に至る低圧連絡配管１３に添設して冷凍回
路を構成している。

第１室内コイル４と第２室内コイル５とは、第１室内コ
イル４が空気流路中の上流側となる如き並列配置関係に
設けられている。

しかして膨張弁Ｔと熱交換装置１０とは、本発明を特徴
づけるための主要部材をなすものであって、膨張弁７は
第２図に概略構造を示しているが、弁作動機構としての
ベローズ１４と弁体１５を機械的（こ連結して、該弁体
１５を閉止方向に押圧する弾機力を有するバネ１６を弁
体１５に関連して内蔵している。

そしてベローズ１４の上方室は、制御要素たる感温筒８
内の冷媒圧力を伝達するための圧力室１７を形成して、
この圧力室１７に前記感温筒８を連絡することにより、
第２室内コイル５を出た低圧冷媒ガスの温度を検知した
感温筒８の作用で、膨張弁７に所定過熱度に応じた弁開
度調節を行わせるようになっている。

上記膨張弁７は弁の開度自動作動が次のように三つの力
の平衡により行われる。

即ち、弁を開閉するために作用する力は感温筒８内の圧
力に相当した力ｐｂ、即ちベローズ１４によって仕切ら
れた圧力室１７内でベローズ１４の上面に作用し弁１５
を開く方向に働らく力と、蒸発圧力ｔこ相当した力ｐｚ
、即ちベローズ１４の下面に作用して弁１５を閉じる方
向に働く力と、バネ１６の力Ｆ、即ちベローズ１４の下
方にステムを通じて荷重を伝え、弁１５を閉じる方向に
働く力とであって、これ等３つの力が釣合った状態、即
ちｐｂ−ｐｌ＝Ｆの状態で弁開度が決まる。

ここで、ばねの力Ｆを通常の場合よりも若干強く調整す
ると、弁開度は若干小さくなる。

この膨張弁５は低圧冷媒ガスの過熱度が通常の過熱度（
約５℃）より若干大きい、例えば２０℃になるように作
動する。

そこで、前記膨張弁５の弁１５に作用する力のうち、力
ｐｂを増大してやれば、弁１５は開き、弁開度は大きく
なり、低圧冷媒ガスの過熱度を小さくできる。

このように、力ｐｂを適宜量増大すれば、低圧冷媒ガス
の過熱度を適宜の値を制御できるのである。

この力ｐｂを増大させる手段として、前記感温筒８に傍
熱電気ヒータ９を設けて、該加熱能力を調節することに
よって、感温筒８内圧力を随意変更し得るよう形成して
いる。

上記傍熱電気ヒータ９は例えば感温筒８の筒体に線状電
気ヒータを巻着したり、感温筒８と配管１３との接触部
ｌこ薄板状電気ヒータを介挿させるなどの手段によって
簡単に傍熱構造と成し得る。

この場合のバネ力と、電気ヒータ９の加熱容量との設定
に当っては次の如き要領Ｏこよって行うのである。

即ち、前記電気ヒータ９を定格容量で加熱運転した際に
、標準冷凍負荷に対し所定基準の過熱度例えば５℃が得
られる如く、前記膨張弁７のバネ弾力を増強側に調節し
て、膨張弁Ｔの静止過熱度を上げるようにすれば良い。

かＳる構造としたことによって電気ヒータ９の通電、解
除を行なえば、低圧冷媒ガスの過熱度が５℃と２０℃の
２段階に調節することが可能となり、前記過熱度を弁本
体外から段階的に高低調節し得る可変過熱変形膨張弁に
形成し得る。

上記構成になる空気調和機の運転を掌る電気回路の例が
第３図に示されるが、室外ユニットイの圧縮機モータ１
９と室外ファンモータ１９とを同時的に運転停止すると
共に、室内ファンモータ２０を低速、中速、高速に運転
しあるいは停止する選択スイッチ２１とは別に、冷房・
除湿切換スイッチ２２を設けて、該スイッチ２２と前記
電気ヒータ９とを直列に接続した上で電源間に接続した
回路を構成する。

前記冷房・除湿切換スイッチ２２は冷房操作時に閉成、
除湿操作時ｌこ開放が成される単極単投スイッチである
。

なお、第３図中２３は室内空気の温度が所定温度以下に
なると開放して、圧縮機モータ１９及び室外ファンモー
タ１９を停止するための温度調節用スイッチである。

以上説明した第２図々示装置の冷房運転を行う場合につ
いて説明する。

先ず、スイッチ２２を冷房側に閉成して電気ヒータ９に
通電した後、選択スイッチ２１を、静、強又は急の倒れ
かのノツチに切換えて、各モータ１８．１９，２０に給
電し圧縮機１、室外ファン３および室内ファン６を夫々
駆動する。

かく操作すると、圧縮機１、凝縮器として作用する室外
コイル２、熱交換装置１０の外側通路１１ａ、膨張弁７
、蒸発器として作用する第１室内コイル４、熱交換装置
１０の内側通路１２、蒸発器として作用する第２室内コ
イル５、圧縮機１の順に冷媒が循環するサイクルが形成
され、第２室内コイル５を出た冷媒ガスの温度を感知す
る感温筒８は電気ヒータ９の熱影響も受けて、過熱度を
例えば２０’Ｃに高く設定した膨張弁７の弁開度を調節
し、圧縮機１に吸入される冷媒ガス温度を過熱度５℃ｌ
こ保持して冷房運転が行なわれる。

この冷房運転のサイクルについて、さらに第４図のモリ
エル線図を参照しながら詳述する。

圧縮機１を出た高圧高温のガス冷媒ａが室外コイル２に
流入する。

この流入冷媒ａは室外コイル２で流動中の室外空気によ
り冷却され液化冷媒すとなる。

この液化冷媒すは熱交換装置１０に流れ込み、外側通路
１１ａを通る間に第１室内コイル４から流出する低圧低
温の冷媒ｅにより過冷却され（点Ｃの状態となる）、膨
張弁７に至る。

そして膨張弁７で減圧膨張されて低圧低温となった液冷
媒（点ｄの状態となる）は、第１室内コイル４に流入し
、室内ファン６により誘導された室内空気と熱交換［７
、該室内空気を冷却Ｌ７ながら一部の液冷媒が蒸発した
状態（点ｅ）となった後、熱交換装置１０に流れ込む。

この熱交換装置１０の内側通路１２に流入した低圧冷媒
は室外コイル２からの高圧液冷媒Ｏこより加熱されて状
態ｆとなった後、第２室内コイル５に入り、と＼でさら
に第１室内コイル４で冷却された室内空気と熱交換し、
室内空気をさらに冷却しながら蒸発気化して所定過熱度
例えば５℃の過熱度のガス冷媒（点ｇ）となって圧縮機
１１こ吸入される。

冷媒の循環過程における状態変化は以上説明した通りで
あり、一方、第１、第２室内コイル４゜５で冷却された
空気は室内に還流し、冷房が成される。

以上の冷房サイクル中において、第１室内コイル４を出
た低圧冷媒が熱交換装置１０で高圧冷媒により加熱され
ているので（第４図の点。

から点ｆまで）、冷房能力の低下が生じるかの感を受け
るが、膨張弁７に流れてゆく高圧液冷媒がこの加熱量相
当分過冷却されているので（同図の点すから点Ｃまで）
、熱交換装置１０における熱交換によって冷房能力は何
等低下しない。

次（こ除湿運転を行なう場合について第５図々示のモリ
エル線図を参照しつつ説明する。

切換スイッチ２２を除湿操作側即ち開放側にセットして
電気ヒータ９を非作動としておいて選択スイッチ２１を
静、強又は急のノツチに切換える。

このように操作すると前記冷房サイクルと同じ順序で各
機器を冷媒が循環するサイクルが形成されて、除湿運転
が行なわれる。

これをさらに第５図のモリエル線図を用いながら詳述す
る。

圧縮機１から吐出した高圧高温のガス冷媒（第５図の点
ａ′）は室外コイル２に流入し、室外ファン３により誘
導された室外空気によって冷却され、一部が液化する（
点ｂ′）。

この液ガス混合の高圧冷媒は熱交換装置１０に流れてゆ
き、その外側通路１１ａを通る間に第１室内コイル４か
ら流出する低圧低温の冷媒により過冷却され（点Ｃ′）
、膨張弁７に至る。

ここで、膨張弁７の感温筒８に装着した電気ヒータ９は
非作動であり、全く発熱しないので、その感温筒８は低
圧冷媒の温度のみを検知し、該冷媒の過熱度は冷房運転
時より高い、例えば２０℃になるように前記膨張弁が作
動する。

従って、膨張弁７は、冷房運転時より弁開度は小さくな
る。

しかして、膨張弁７で減圧膨張された低圧冷媒（点ｄ′
）は第１室内コイル４に流れ込み、室内ファン６により
誘導された室内空気と熱交換して、該室内空気を冷却除
湿しながら、前記冷媒は全て蒸発し一定の過熱度例えば
７℃のガス冷媒（点ｅ／ ）となって熱交換装置１０に
流入する。

次いで、熱交換装置１０に流入した低圧冷媒は、内側通
路１２を流通する間に、室外コイル２から流出する前述
の液ガス混合冷媒と熱交換して加熱され、高温例えば４
０℃の低圧冷媒（点ｆ′）となって第２室内コイル５に
流入する。

ここで、この高温の低圧冷媒は、第１室内コイル４で冷
却除湿された空気と熱交換し該空気を加熱しながら冷媒
自体は冷却された後（点ｇ′）、所定の過熱度例えば２
０℃となって圧縮機１＆こ吸入される。

一方、室内空気は第１室内コイル４で冷却除湿された後
、第２室内コイル５で室内温度とはゾ同じ温度まで加熱
され、室内に還流し除湿運転が行われる。

このようにして本発明冷凍装置は１個の膨張弁７を用い
て、電気ヒータ９のＯＮ、ＯＦＦ操作して、その過熱度
を弁本体外から段階的に高低調節するだけの操作により
、冷房運転と除湿運転とを切換えることが可能である。

なお、上述の装置において室外ファンモータ１９に２速
度形モータを使用し、除湿運転時に前記モータ１９の回
転数を切り換えるようをこすれば、室外ファンを低風量
にして温風気味除湿に、高風量にして冷風気味除湿にコ
ントロールすることが可能である。

次に第６図は本発明装置の今一つの例に係る電気回路を
示したものであり、電気ヒータ９と直列させたサイリス
タ２７を位相制御することにより、電気ヒータ９に対し
Ｏ乃至最大値の連続可変電圧を印加するようをこ構成し
ている。

即ち、電圧設定用可変抵抗２４を操作して電圧増幅器２
５の出力電圧を高低調節すれば、この出力電圧に比例し
た点弧角のゲート信号を発する位相制御回路２６によっ
て、前記サイリスタ２７の出力を制御するよう作動する
。

かへる回路を用いることによって冷房運転時には電気ヒ
ータ９に最大電圧を印加し、膨張弁７の見掛は上の過熱
度を所定の低温度域に設定する一方、除湿運転時Ｏこは
電気ヒータ９に印加する電圧値を種々調節して、見掛は
上の過熱度を高温度域内で種々変更することにより、暖
房気味、恒温、冷房気味の除湿運転を随時選択すること
が可能となる。

なお、以上の例は従来の冷凍装置に汎く用いられる感温
膨張弁の場合について説明したが、本発明装置における
膨張弁は電気入力を変化することによって弁体に及ぼす
作用力を変えることが可能な特公昭４６−１８６９６号
（こ開示される如き電気式自動膨張弁や、また、バネ力
が相互（こ異る２個のバネを弁体に関連させておいて、
弁本体外から手動又は電磁作動によって何れかのバネを
選択して弁体に作用し得る如きバネ圧可変型感温膨張弁
であっても差支えないことは言う迄もない。

以上の如く本発明装置は、圧縮機１吐出口、室外コイル
２、過熱度制御用自動膨張弁７、第１室内コイル４、第
２室内コイル５、圧縮機１吸入口の順に配管接続し、前
記膨張弁７を過熱度のセット値が冷凍運転中に段階的あ
るいは無段階的（こ高低調節できる可変過熱変形膨張弁
に形成する一方、第１室内コイル４と第２室内コイル５
とを接続する連絡配管と、室外コイル２から前記自動膨
張弁７に至る配管とを熱交換関係に構成して、この膨張
弁７の過熱度を冷房・除湿の切換え操作に連動して高低
調節し、低域側Ｏこ制御して冷房運転が、高域側に制御
して除湿運転が成される構成としたから、膨張弁が１個
あれば良くて電磁弁、二方或いは三方切換弁が一切不要
となり、回路の簡素化がはかれるし、切換音が全くなく
て静粛運転を実行できる。

さらに自動膨張弁７前の冷媒を過冷却するようにした回
路方式であるので、即ち冷房・除湿とも室外コイル２の
高圧が上昇しておらなくて放熱量が少ないことから、特
に起動立上り時におけるフラッシュ冷媒通過による異音
が全く発生しない。

また、再熱器として利用する第２室内コイル５は冷房除
湿共に低圧冷媒回路中にあるため、冷房時に蒸発器、除
湿時に凝縮器として機能する従来のこの種装置に比して
充填冷媒量を少なくすることができ、しかも冷房０除湿
の切換時、除湿時の急激な負荷変動に対して追随性が良
いので、液戻りが生じるおそれが解消される。

さらに従来のものが、凝縮器の熱交換面積が蒸発器に比
して非常に大きいものとなり、減圧器の絞り量が大きく
て低圧の低下が犬となり蒸発器に霜付きが生じやすかっ
たのに比して、本発明は低下が極端に低下することがな
い回路方式であるために、霜付きが生じない利点がある
。

さらに又、膨張弁７の過熱度を本体外から簡単に変更す
る操作によって除湿時の再熱量を加減し、暖房気味、冷
房気味の除湿を随時行わせることも可能である等本発明
は種々のすぐれた効果を奏する冷凍装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍装置における室内ユニットの暗示回
路図、第２図は本発明装置の１実施例に係る空気調和機
の装置回路図、第３図は第２図々装置の電気回路要部展
開図、第４図および第５図は同じく冷房時、除湿時の冷
凍サイクルをモリエル線図上で表わしたものであり、第
６図は本発明の他実施例に係る空気調和機の電気回路要
部展開図である。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・室外コイル、４
・・・・・・第１室内コイル、５・・・・・・第２室内
コイル、７・・・・・・過熱度制御用自動膨張弁、８・
・・・・・感温筒、９・・・・・・ヒータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機１吐出口、室外コイル２、過熱度制御用自動
   膨張弁７、第１室内コイル４、該第１室内コイル４に対
   し空気流路中の下流側に配設した第２室内コイル５、圧
   縮機１吸入口の順に配管接続し、前記過熱度制御用自動
   膨張弁７を過熱度のセット値が冷凍運転中に無段階的あ
   るいは段階的に弁本体外から高低調節できる可変過熱度
   形膨張弁に形成する一方、第１室内コイル４と第２室内
   コイル５とを接続する連絡配管と、室外コイル２から前
   記自動膨張弁７に至る配管とを熱交換関係に構成して、
   前記自動膨張弁７の過熱度を冷房・除湿の切換え操作に
   連動して高低調節し、低域側に制御して冷房運転が、高
   域側に制御して除湿運転が成されることを特徴とする冷
   房・除湿可能な冷凍装置。 ２ 前記過熱度制御用自動膨張弁７が、過熱度を２段に
   高低調節できる可変過熱度形膨張弁である特許請求の範
   囲第１項記載の冷房・除湿可能な冷凍装置。 ３ ＠記過熱度制御用自動膨張弁７が、過熱度を高域側
   で段階的あるいは無段階的に高低調節できる可変過熱度
   形膨張弁であり、冷風気味、温風気味の除湿が成される
   特許請求の範囲第１項記載の冷房・除湿可能な冷凍装置
   。