JPS59229155A - 乾き度制御膨脹弁 - Google Patents
乾き度制御膨脹弁Info
- Publication number
- JPS59229155A JPS59229155A JP10077383A JP10077383A JPS59229155A JP S59229155 A JPS59229155 A JP S59229155A JP 10077383 A JP10077383 A JP 10077383A JP 10077383 A JP10077383 A JP 10077383A JP S59229155 A JPS59229155 A JP S59229155A
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- JP
- Japan
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- expansion valve
- electrodes
- refrigerant
- evaporator
- dryness
- Prior art date
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- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
用
〔発明のオＶ野〕
本発明は、冷凍機、空気調和機などの冷凍装置に用いら
れる膨張弁に係り、特に、流通冷媒の乾き度を検知して
弁開度を制御する乾き度制御膨張弁に関する。
れる膨張弁に係り、特に、流通冷媒の乾き度を検知して
弁開度を制御する乾き度制御膨張弁に関する。
冷凍機空気調和機等の冷媒回路に設けられる膨張弁は、
蒸発器の出口側冷媒湯度を検知して、該温度が適宜な過
熱度を維持するように弁開度が調整され、冷媒流量が制
御される。
蒸発器の出口側冷媒湯度を検知して、該温度が適宜な過
熱度を維持するように弁開度が調整され、冷媒流量が制
御される。
第１図は冷凍機、空気調和機に用いられる最も基本的な
冷媒回路を示したものである。１は圧縮機、２は凝縮器
、３は温度式自動膨張弁、４は蒸発器で、上記各機器は
図示の如く順次配管接続して冷媒回路が形成されている
。
冷媒回路を示したものである。１は圧縮機、２は凝縮器
、３は温度式自動膨張弁、４は蒸発器で、上記各機器は
図示の如く順次配管接続して冷媒回路が形成されている
。
ガス冷媒は、圧縮機１で高温、高ＥＥにされ、冷媒配管
５を通って凝縮器２に導かれる。凝縮器で放熱しながら
液化した冷媒は膨張弁３の弁通路を経て断熱膨張し低流
、低圧になる。次いで、蒸発器４に導かれた冷媒は、周
囲よυ熱を奪って気化し、再び圧縮機１に戻る。ここで
膨張弁３の開度は感熱筒６で得られる蒸発器４の゛出口
側冷媒温度を検出して信号とし、該温度が適当な過熱度
を維持するように制御される。一般に、この種の膨張弁
を安定して動作させるには、感熱筒６で検出する温度を
安定にする必要がある。このため従来の膨張弁では蒸発
器４の出口冷媒をある程度以上過熱させざるを得なかっ
た。しかして、この制約は次のような問題点“を生じさ
せていた。第１点は蒸発器４の性能低下である。ガス冷
媒の熱伝達率は二相冷媒（蒸発を伴なう）の熱伝達ボに
比較して極めて小さいので、スーパヒート領域が増すと
いうことは蒸発器の平均熱通過出を低下させた使い方に
なる。第２点は冷媒の質量流量の低下であ企が低下する
。このことは熱交換量の低下を来す。
５を通って凝縮器２に導かれる。凝縮器で放熱しながら
液化した冷媒は膨張弁３の弁通路を経て断熱膨張し低流
、低圧になる。次いで、蒸発器４に導かれた冷媒は、周
囲よυ熱を奪って気化し、再び圧縮機１に戻る。ここで
膨張弁３の開度は感熱筒６で得られる蒸発器４の゛出口
側冷媒温度を検出して信号とし、該温度が適当な過熱度
を維持するように制御される。一般に、この種の膨張弁
を安定して動作させるには、感熱筒６で検出する温度を
安定にする必要がある。このため従来の膨張弁では蒸発
器４の出口冷媒をある程度以上過熱させざるを得なかっ
た。しかして、この制約は次のような問題点“を生じさ
せていた。第１点は蒸発器４の性能低下である。ガス冷
媒の熱伝達率は二相冷媒（蒸発を伴なう）の熱伝達ボに
比較して極めて小さいので、スーパヒート領域が増すと
いうことは蒸発器の平均熱通過出を低下させた使い方に
なる。第２点は冷媒の質量流量の低下であ企が低下する
。このことは熱交換量の低下を来す。
冷媒質量流量を維持（あるいは増加）するためには圧縮
機の容量増加が必要である。
機の容量増加が必要である。
上記のごとき二つの問題点が存在していた。
本発明は上記問題点に鑑みて発明されたもので、冷媒の
乾き度を検出し、この乾き度を任意に制御できる膨張弁
を提供することを目的とする。
乾き度を検出し、この乾き度を任意に制御できる膨張弁
を提供することを目的とする。
乾き産制＃膨張弁を実現するには、冷媒の乾き度を、い
かにして正確に検出するかが重要点である。数種類のセ
ンシング方式について、理論的、実験的に検討し、冷媒
のガスと液との誘電率の違いに着目した静電容量変化法
が有効であることを解明した。本発明はその目的を達成
するため、上記静電容量変化法に着目し、冷媒回路の蒸
発器よシ圧縮機に至る通路に、一対の電極からなる乾き
度検出センサを設け、とのセンサの検出した静電容量信
号を、変換器を介し電圧あるいは電流に変換し、この電
圧あるいは電流を膨張弁の開度を駆動する駆動機構に導
びき弁開度を制御することを特徴とする。
かにして正確に検出するかが重要点である。数種類のセ
ンシング方式について、理論的、実験的に検討し、冷媒
のガスと液との誘電率の違いに着目した静電容量変化法
が有効であることを解明した。本発明はその目的を達成
するため、上記静電容量変化法に着目し、冷媒回路の蒸
発器よシ圧縮機に至る通路に、一対の電極からなる乾き
度検出センサを設け、とのセンサの検出した静電容量信
号を、変換器を介し電圧あるいは電流に変換し、この電
圧あるいは電流を膨張弁の開度を駆動する駆動機構に導
びき弁開度を制御することを特徴とする。
以下本発明の一実施例を図面に基ずき説明する。第２図
゛において、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４
は第１図と同様に順次配管嶋続され冷媒回路が形成され
ている。蒸発器４よシ圧縮機１に至る吸入通路１ｏには
センサ１２が設けられ、このセンサ１２は変換器１３に
連絡され、更に、駆動機構１４を介し膨張弁３に連絡さ
れている。変換器１３はセンサ１２がら得られる静電容
量の情報に対して、これを電圧あるいは電流に変換する
機構である。本変換器１３は独立して存在することには
特に意味はなく、センサ１２あるいは駆動機構１４に付
随する形式でも何ら支障はない。駆動機構１４は変換器
１３から送られてくる電圧、電流の大きさに応じて膨張
弁３の開度を変える機構である。膨張弁３は、その開度
が駆動機構１４により変化させられる。センサ１２の構
造について第３図〜第６図に示す。第３図、第４図の例
は円筒電極２１と棒状電極２２の組合せで構成される。
゛において、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４
は第１図と同様に順次配管嶋続され冷媒回路が形成され
ている。蒸発器４よシ圧縮機１に至る吸入通路１ｏには
センサ１２が設けられ、このセンサ１２は変換器１３に
連絡され、更に、駆動機構１４を介し膨張弁３に連絡さ
れている。変換器１３はセンサ１２がら得られる静電容
量の情報に対して、これを電圧あるいは電流に変換する
機構である。本変換器１３は独立して存在することには
特に意味はなく、センサ１２あるいは駆動機構１４に付
随する形式でも何ら支障はない。駆動機構１４は変換器
１３から送られてくる電圧、電流の大きさに応じて膨張
弁３の開度を変える機構である。膨張弁３は、その開度
が駆動機構１４により変化させられる。センサ１２の構
造について第３図〜第６図に示す。第３図、第４図の例
は円筒電極２１と棒状電極２２の組合せで構成される。
通路１０の適宜長さ範囲を絶縁物１０ａで形成し、この
絶縁通路１０ａの内壁あるいは絶縁通路の中間に適宜長
さの円筒状の電極２１を配置し、通蕗・１０１１−の軸
心方向に円筒状電極２１よシやや長い長さの棒状電極２
２を配置している。
絶縁通路１０ａの内壁あるいは絶縁通路の中間に適宜長
さの円筒状の電極２１を配置し、通蕗・１０１１−の軸
心方向に円筒状電極２１よシやや長い長さの棒状電極２
２を配置している。
棒状電極２２の棒径は流体の流動に影響を及ぼさない程
度の径とする。２１ａ１２２ａは両電極の端子を示す。
度の径とする。２１ａ１２２ａは両電極の端子を示す。
第５図、第６図はセンサの他の実施例を示し、一対の円
弧状電極２３．２４で形成される例を示す。通路１ｏの
適宜長さ範囲を絶縁物１０ａで形成し、絶縁通路１０ａ
の内壁に、あるいは通路の一部を一対の円弧状の電極２
３．２４を両電極間に間隙を設けて対向配置する。２３
＆、２４ａは両電極の端子を示す。第７図はセンサの更
に他の実施例を示し、一対の円弧状電極２３．２４と同
様の一対の円弧状電極２５．２６を９０°位置をずらし
て配置している。
弧状電極２３．２４で形成される例を示す。通路１ｏの
適宜長さ範囲を絶縁物１０ａで形成し、絶縁通路１０ａ
の内壁に、あるいは通路の一部を一対の円弧状の電極２
３．２４を両電極間に間隙を設けて対向配置する。２３
＆、２４ａは両電極の端子を示す。第７図はセンサの更
に他の実施例を示し、一対の円弧状電極２３．２４と同
様の一対の円弧状電極２５．２６を９０°位置をずらし
て配置している。
上記二対の電極対の配置は通路１０ａの適宜長さの範囲
内に流体の流通方向に直角方向の平面全範囲を覆って配
置され、即ち間隙２７の通路軸方向の延長部分に他の電
極対の電極が位置するように配置されている。
内に流体の流通方向に直角方向の平面全範囲を覆って配
置され、即ち間隙２７の通路軸方向の延長部分に他の電
極対の電極が位置するように配置されている。
次に本実施例の動作について説明する。第２図の冷媒回
路において、蒸発器４の後流部に設けられたセンサ１２
は、内部の冷媒がガス１００％か、液１００％か、二相
流かによって、異なった信号を発生させる。その原理は
、ガス冷媒と液冷媒の誘電率が異なるためである。いま
、ガス冷媒の誘電率を６ｇ１液冷媒の誘電率をεｇとす
ると、ガスと液の静電容量Ｃｇ、Ｃ１は、 Ｃｇ＝εｇ−Ａ／Ｌｇ・・・・・・・・・・・・・・・
（１）ＣＩ−εｇ −Ａ／Ｌ ｌ・・・・・・・・・・
・・・・・（２）で光わされる。ここで、Ａは電極板面
積、Ｌｇ。
路において、蒸発器４の後流部に設けられたセンサ１２
は、内部の冷媒がガス１００％か、液１００％か、二相
流かによって、異なった信号を発生させる。その原理は
、ガス冷媒と液冷媒の誘電率が異なるためである。いま
、ガス冷媒の誘電率を６ｇ１液冷媒の誘電率をεｇとす
ると、ガスと液の静電容量Ｃｇ、Ｃ１は、 Ｃｇ＝εｇ−Ａ／Ｌｇ・・・・・・・・・・・・・・・
（１）ＣＩ−εｇ −Ａ／Ｌ ｌ・・・・・・・・・・
・・・・・（２）で光わされる。ここで、Ａは電極板面
積、Ｌｇ。
Ｌｌはそれぞれガス層と液層の厚さである（以上の関係
は平行平板電極を仮定したとき）。ガス層と液層が分離
して上下に分れているとすると、総合した静電容量Ｃは
式（１）、（２）を用いて、Ｃ＝１／（↓□十土） ０ｇ Ｃ１ ＝εｇ、εｄ−Ａ／（ε＃−Ｌｇ＋εｇ−Ｌ６）−εｇ
−εｌ−Ａ／〔（εｅＯ＋εｇ−（１−２）） Ｌ）＝
εｇ−εｇ −；／ （εｅ−ａ＋εｔｘ、ＣＡ−２）
）・−−−−・（３）となる。ここでＬ＝Ｌｇ＋Ｌ１１
０（ボイドぶ）＝Ｌｇ／Ｌである。冷媒の場合εｇ＞＞
εｇであるので６７＝ｎｅｇとおくと式（３）は次のよ
うになる。（ｎ＞１） すなわち、静電容量Ｃとボイド宅（気体体積率）０は式
（４）に示すように反比例的関係にある。
は平行平板電極を仮定したとき）。ガス層と液層が分離
して上下に分れているとすると、総合した静電容量Ｃは
式（１）、（２）を用いて、Ｃ＝１／（↓□十土） ０ｇ Ｃ１ ＝εｇ、εｄ−Ａ／（ε＃−Ｌｇ＋εｇ−Ｌ６）−εｇ
−εｌ−Ａ／〔（εｅＯ＋εｇ−（１−２）） Ｌ）＝
εｇ−εｇ −；／ （εｅ−ａ＋εｔｘ、ＣＡ−２）
）・−−−−・（３）となる。ここでＬ＝Ｌｇ＋Ｌ１１
０（ボイドぶ）＝Ｌｇ／Ｌである。冷媒の場合εｇ＞＞
εｇであるので６７＝ｎｅｇとおくと式（３）は次のよ
うになる。（ｎ＞１） すなわち、静電容量Ｃとボイド宅（気体体積率）０は式
（４）に示すように反比例的関係にある。
電極の形状が変ると式（４）の形は変るが、Ｃとαの関
係に対する傾向は変らない。そこで、Ｃとαの関係の例
を図示したものが第８図である。第８図は電極の形状に
対して理論的に定まるが、計算に入らない要因もあシ得
るので実験で確認しておけば良い。
係に対する傾向は変らない。そこで、Ｃとαの関係の例
を図示したものが第８図である。第８図は電極の形状に
対して理論的に定まるが、計算に入らない要因もあシ得
るので実験で確認しておけば良い。
センサ１２によシ得られる上記静電容量の情報は変換器
１３によ！ｌｌ電圧あるいは電流に変換されて駆動機構
１４に伝わる。駆動機構１４ではとの情報がかわき度の
初期設定に等しくなるように膨張弁の開度を調整する。
１３によ！ｌｌ電圧あるいは電流に変換されて駆動機構
１４に伝わる。駆動機構１４ではとの情報がかわき度の
初期設定に等しくなるように膨張弁の開度を調整する。
以上の動作により、蒸発器出口冷媒のかわき度を任意に
調整できる膨張弁が実現できる。
調整できる膨張弁が実現できる。
以上説明したように本発明によれば、冷媒回路における
蒸発器出口配管内冷媒のかわき度を膨張弁によって任意
に制御できる。この結果、次の効果が得られる。
蒸発器出口配管内冷媒のかわき度を膨張弁によって任意
に制御できる。この結果、次の効果が得られる。
蒸発器内部で冷媒をスーパヒートさせないで済むので、
熱通過率が大幅に向上する。また、圧縮機吸込口の冷媒
スーパヒートを小さくできるので冷媒の質量流量が増し
、熱交換量が増加する。熱交換量が従来と同等で良い場
合は圧縮機容量を小さくでき、有電力になる。更に、吸
込口冷媒のかわき度を特定の値に設定することができる
ので、圧縮機（％定機種）の効率が向上する。
熱通過率が大幅に向上する。また、圧縮機吸込口の冷媒
スーパヒートを小さくできるので冷媒の質量流量が増し
、熱交換量が増加する。熱交換量が従来と同等で良い場
合は圧縮機容量を小さくでき、有電力になる。更に、吸
込口冷媒のかわき度を特定の値に設定することができる
ので、圧縮機（％定機種）の効率が向上する。
第１図は従来の膨張弁を用いた冷媒回路図、第２図は本
発明の一実施例を示す乾き度制御膨張弁を設けた冷媒回
路図、第３図はセンサの一実施例を示す正面図、第４図
は第３図の■−■断面図を示す。第５図はセンサの他の
実施例を示す正面図、第６図は第５図の■−■断面図、
第７図はセンサの更に他の実施例を示す斜視図を示し、
第８図はセンサの、特性図である。 １・・・圧縮機 ２・・・凝縮器 ３・・・膨張弁 ４
・・・蒸発器 １０・・・通路 １０ａ・・・絶縁通路
１２・・・センサ １３・・・交換器 １４・・・駆
動機構 ２１．２２．２３．２４．２５．２６・・・電
極 第１ｍ 才２ｍ 第ｑ霞
発明の一実施例を示す乾き度制御膨張弁を設けた冷媒回
路図、第３図はセンサの一実施例を示す正面図、第４図
は第３図の■−■断面図を示す。第５図はセンサの他の
実施例を示す正面図、第６図は第５図の■−■断面図、
第７図はセンサの更に他の実施例を示す斜視図を示し、
第８図はセンサの、特性図である。 １・・・圧縮機 ２・・・凝縮器 ３・・・膨張弁 ４
・・・蒸発器 １０・・・通路 １０ａ・・・絶縁通路
１２・・・センサ １３・・・交換器 １４・・・駆
動機構 ２１．２２．２３．２４．２５．２６・・・電
極 第１ｍ 才２ｍ 第ｑ霞
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 Ｅ縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、を順次接続
してなる冷媒回路の蒸発器よシ王縮機に至る通路に一対
の電極からなるセンサを設け、とのセンサを変換器、駆
動機構を介在して膨張弁に連絡し、両電極間の静電容量
を恢出して上記膨張弁の開度を側脚する乾き度制御膨張
弁。 ２、一対の電極が、通路壁を形成する適宜長さの円筒電
極と、円筒篭極内中央部に軸心方向に設けられた棒状電
極にてなる特許請求の範囲第１項記載の乾き度制御膨張
弁。 ３、一対の電極が、適宜長さの円弧状の対向電極にて形
成されている特許請求の範囲第１項記載の乾き度制御膨
張弁。 ４、一対の電極が、角度をずらして複数対設けられてい
る特許請求の範囲第３項記載の乾き度制御膨張弁。 ５、変換器が、センサの信号を電圧あるいは電流に変換
するものである特許請求の範囲第１項記載の乾き度制御
膨張弁。 ６、駆動機構が、膨張弁に連係され弁開度を制御するも
のである特許請求の範囲第１項記載の乾き度制御膨張弁
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10077383A JPS59229155A (ja) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | 乾き度制御膨脹弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10077383A JPS59229155A (ja) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | 乾き度制御膨脹弁 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59229155A true JPS59229155A (ja) | 1984-12-22 |
| JPH0232542B2 JPH0232542B2 (ja) | 1990-07-20 |
Family
ID=14282800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10077383A Granted JPS59229155A (ja) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | 乾き度制御膨脹弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59229155A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012062329A1 (en) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | Hb Products A/S | System or method for measuring the phase of refrigerant in a cooling system |
| WO2020011327A1 (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-16 | Hb Products A/S | Refrigerant vapour quality measurement for optimized evaporator control and liquid distribution |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5216743A (en) * | 1975-07-30 | 1977-02-08 | Automob Antipollut & Saf Res Center | Apparatus for detecting abnormal state of refrigerant |
| JPS55158551A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | Refrigerant condition detector |
| JPS5618873U (ja) * | 1979-07-23 | 1981-02-19 |
-
1983
- 1983-06-08 JP JP10077383A patent/JPS59229155A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5216743A (en) * | 1975-07-30 | 1977-02-08 | Automob Antipollut & Saf Res Center | Apparatus for detecting abnormal state of refrigerant |
| JPS55158551A (en) * | 1979-05-29 | 1980-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | Refrigerant condition detector |
| JPS5618873U (ja) * | 1979-07-23 | 1981-02-19 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012062329A1 (en) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | Hb Products A/S | System or method for measuring the phase of refrigerant in a cooling system |
| US9587866B2 (en) | 2010-11-12 | 2017-03-07 | HP Products A/S | System or method for measuring the phase of ammonia in a cooling system |
| EP2638339A4 (en) * | 2010-11-12 | 2017-05-31 | HB Products A/S | System or method for measuring the phase of refrigerant in a cooling system |
| US10174978B2 (en) | 2010-11-12 | 2019-01-08 | Hb Products A/S | System or method for measuring the phase of ammonia in a cooling system |
| WO2020011327A1 (en) * | 2018-07-11 | 2020-01-16 | Hb Products A/S | Refrigerant vapour quality measurement for optimized evaporator control and liquid distribution |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0232542B2 (ja) | 1990-07-20 |
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