JPS5969663A - 冷凍サイクル - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷凍サイクィレに関する。

従来空気調和機の冷媒回路に使用されている絞り装置と
しては、毛細管などがあるが、能力可変型圧縮機を使用
した冷凍サイクルを制御するためには、複数個の毛細管
を圧縮機の能力に応じて切換えて使用し々ければ、十分
な制御ができ々い。

また、従来のガス式膨張弁は、蒸発器の出口の冷媒過熱
度を検知してこれが一定となるように絞シ量を加減し冷
媒流量を制御するので、蒸発器の一部分に過熱した冷媒
ガスが存在し、過熱した冷媒ガスの熱伝達率は液・ガス
２相状態の沸騰熱伝達率に比べて非常に小さいから、効
率の悪い運転状態となっている。

さらに、蒸発器が多サーキット分岐回路を有する場合に
、各サーキット毎の熱負荷が異なると、ガス式膨張弁は
冷媒の過熱度を検知して制御をしているので、最も熱負
荷の少ないサーキットに合わせて冷媒流量制御が行なわ
れ、熱負荷の大きなサーキットは過熱した冷媒が大部分
を占め、蒸発器全体を有効に使用することを阻害する。

さらにまた、従来の絞り装置は蒸発器出口の過熱度制御
を行なっているので、凝縮器出口の過冷却度制御につい
ては何ら制御をしていないから、冷凍サイクルの運転状
態によっては、凝縮器に過大量の液冷媒が溜りこんで冷
媒凝縮圧力を異常に上げたシ、又は凝縮器で完全に冷媒
が液化せずにガス状で絞り装置に入り、加熱能力を低下
させたりしている°。

本発明はこのよう々事情に鑑みて提案されたもので、圧
縮機から吐出される広範囲の冷媒流量変化に応じて蒸発
器および凝縮器を常に良好に制御する冷凍サイクルを提
供することを目的とし、圧縮機、凝縮器、熱電膨張弁。

蒸発器を環状に接続してなる冷凍サイクルにおいて、凝
縮器および熱電膨張弁前の温度を検出して作動する熱電
膨張弁を具えたことを特徴とする。

本発明の一実施例を図面について説明すると、第１図は
その系統図、第２図は第１図の熱電膨張弁を示す拡大縦
断面図、第３図は第１図における冷媒のエンタルピー圧
力線図、第４図は第２図の熱電膨張弁のヒータ電圧と冷
媒流量との関係を示す線図である。

まず、第１図において、１は能力可変型又は定速型圧縮
機、２は四方弁、３は室外側熱交換器、４は分配器、５
．　６．　７．　８はそれぞれ逆止弁、１０は熱電膨張
弁、１４は分配器、１５は室内側熱交換器、１６はアキ
ュムレータ、１．７はアキュムレータ熱交換器、１８は
圧縮機吸入管、１９は逆止弁７又は逆止弁６を通過した
冷媒がアキュームレ−タ熱交換器１７に至る配管で、圧
縮機吸入管１８と熱交換できるように配設されている。

２０は電子制御装置、２１は室外側熱交換器３を通る冷
媒配管の中央部に設置した温度検出端、２２は熱電膨張
弁１０に流れ込む冷媒配管に設置された温度検出端、２
３は室内側熱交換器１５を通る冷媒配管の中央部に設置
した温度検出端である。

次に、第２図において、熱電膨張弁１０は大別すれば、
弁部分１０１と弁駆動部分１２０とより構成され、弁部
分１０１は弁棒１０２と弁体１０３とからなり、弁棒１
０２は弁座部１０４．流出ポート１０５．流入ボート１
０６を具え、各ポート１０５，１０６にはそれぞれ冷凍
管１０７，１０８が接続されている。弁体１０３は弁棒
１０２に形成された孔１１４内に上下に摺動自在に挿入
されている〇 一方、弁駆動部分１２０は上ケーシング１２１、下ケー
シング１２２．弁棒１０２により密閉空間１２３を形成
し、密閉空間１２３内には２つのバイメタル１２４，１
２５が収納され１両バイメタル１２４，１２５はその両
端にてスペーサ１２６，１２７を介して互いに並設され
、それぞれの中央部に孔１２８゜１２９が穿設され、上
ケーシング１２１の内面中央部に固定された支持ビン１
３０が上バイメタル１２４の孔１２８に上方から挿入さ
れ、また弁体１０３の上端に形成されたピン部１３１が
下バイメタル１２５の孔１２９に下方から挿入されてそ
れぞれ密閉空間１２３内に支持される。なお弁体１０３
は座１３２を介してスプリング１３３により常に上方向
に付勢されている。１３４は上バイメタル１２４を強制
加熱する電気ヒータで、上バイメタル１２４に巻装され
ている。１３５゜１３６は電気ヒータ１３４の両端にそ
れぞれ接続された端子で、それぞれ上ケーシング１２１
を貫通して設けられ上バイメタル１２−４は電気ヒータ
１３４によって強制加熱されることによりその両端が下
方に移動するよう変形し、スペーサ１２６，１２７．バ
イメタル１２５を介してスプリング１３３に抗して弁体
１０３を下方に押し下げ、弁座１０４と弁体１０３の下
端との間を閉弁方向に動かす。

この場合の弁の開度は、電気ヒータ１３４への通電電力
量により調整され、第４図に示すように、大電力を通せ
ば、上バイメタル１２４は大きく変形湾曲し、弁の開度
が小さくなり、逆に電気ヒータ１３４への電力が小さい
場合には、上バイメタル１２４の変形量は少なく弁の開
度は太きい。なお下バイメタル１２５は孔１１４と弁体
１０３との摺動面から密閉空間１２３内に流入した冷媒
および周囲の空気温度による温度影響を受は変形するも
ので、負荷状態補償用のバイメタルでちる。

このような装置において、冷房運転時は、第１図の実線
矢印に示すように、冷媒が流れ、このとき、室外熱交換
器３は凝縮器として、室内熱交換器１５は蒸発器として
それぞれ動作して室内を冷房し、１だ暖房運転時は、同
図中に破線矢印で示すように、冷媒の流れは四方弁２０
作用により冷房運転時と逆方向と々す、室内側熱交換器
１５は凝縮器として動作し室内を暖房する。

その際の代表的々運転状態は第３図圧力（ｐ）−エンタ
ルピ（ｉ）線図上に示すように、冷房運転時は、まず圧
縮機１から吐出された高温高圧の吐出冷媒（状態ａ）は
四方弁２を介して室外熱交換器３に到り、こ＼で凝縮液
化し、このときの冷媒の状態は状態すである。更に冷媒
は分配器４．逆ｆト弁６を通シ、配管１９内で吸入管１
８と熱交換して過冷却して状態Ｃになり、ついでアキュ
ムレータ熱交換器１７でアキュムレータ１６内の液冷媒
と熱交換し、更に過冷却して状態ｄになり、ついで熱電
膨張弁１０により減圧、膨張しく状態ｅ）、逆止弁８９
分配管１４を経て室内熱交換器１５内で蒸発しく状態ｆ
）、四方弁２を経てアキュムレータ１６に入り、こ＼で
アキュムレータ熱交換器１７で加熱され（状態ｇ）、さ
らに吸入管１８を通過するとき配管１９で加熱され（状
態ｈ）、圧縮機１に吸込まれる。

次に、暖房運転時には、冷媒は圧縮機１゜四方弁２．室
内熱交換器１５．分配管１４゜逆止弁７．配管１９．ア
キュムレータ熱交換器１７．熱電膨張弁１０．逆止弁５
分配器４゜室外熱交換器３．四方弁２．アキュムレータ
１６、配管１８．圧縮機１の順に循環する。

こうして、第３図に示すような運転状態は、熱電膨張弁
１０の容量および冷凍サイクル内の冷媒量を適宜選定す
ることにより容易に達成される。

こ＼で本発明では、圧縮機１から吐出される冷媒循環量
に応じて凝縮器（冷房時は室外熱交換器３暖房時は室内
熱交換器１５）および蒸発器（冷房時は室内熱交換器１
５．暖房時は室外熱交換器３）を最適に動作させるだめ
の絞り装置として熱電膨張弁１０があり、下記の動作を
行なう。

まず、冷房運転時には、室外側熱交換器３を通る冷媒配
管の中央部に設置された温度検出端２１により検出され
た温度ｔ１と、熱電膨張弁１０直前の高圧配管に設置さ
れた温度検出端２２により検出された温度ｔ２が電子制
御装置２０内で１．−１２の値すなわち過冷却度を前も
って決められた値Δｔｃにするように、熱電膨張弁１０
内の電気ヒータ１３４に供給する電圧を制御し、これに
より熱電膨張弁１０の絞り量を変化して冷媒流量を制御
する。

その際、ｊ＋　　　ｔ２の値が設定値Δｔｃ　よりも太
きいときは熱電膨張弁１０の電気ヒータ１３４への供給
電圧を減少するので、熱電膨張弁１０の開度は増加し始
め、１．−１２の値は減少し、一方ｔ、−ｔ２の値が設
定値Δｔｃ　よシも小さいときは、熱電膨張弁１０の電
気ヒータ１３４への供給電圧を増加するので、熱電膨張
弁１０の開度は減少し始め、ｊ＋　　　Ｌ２の値は増加
する。

このようにして熱電膨張弁前の過冷却度ｔ、−ｔ２の値
は設定値ΔｔｃＫ’＆るように熱電膨張弁の開度の自動
調節が行なわれる。

次に、暖房運転時には、室内側熱交換器１５を通る冷媒
配管の中央部に設置された温度検出端２３により検出さ
れた温度ｔ、と、熱電膨張弁１０直前の高圧配管に設置
された温度検出端２２によシ検出された温度ｔ２が。

電子制御装置２０内で、１３−１２の値すなわち過冷却
度を前もって決められだ値Δ１＋＋にするように熱電膨
張弁１０内の電気ヒータ１３４に供給する電圧を制御し
、これにより熱電膨張弁１０の絞り量が変化して冷媒流
量を制御する。

この際にΔｔｃおよびΔｔ　ｕの値は、アキュムレータ
熱交換器１７および配管１８と配管１９における熱交換
量によって異なるが、第３図に示すように、凝縮器出口
にて冷媒の状態がｂとなシ、熱電膨張弁前で状態ｄとな
ったときのｄとｂの間の過冷却度から設定すれば良く、
通常の冷房および暖房運転では２０〜３０’Ｃ程度にな
る。

このような装置によれば、下記の効果が奏せられる。

（１）冷暖房時とも、過冷却度が一定になるように熱電
膨張弁の開度を調節するので、凝縮器内に多量の液冷媒
が溜シこんで凝縮圧力を異常に上げた。す、また凝縮器
内で冷媒が液化せずにガス状で絞り装置に入シ、凝縮器
の放熱能力を損うことを防止し、広範囲の条件で凝縮器
を有効に使用することができる。

（２）蒸発器に対しては、冷媒は液ガス混合状態（第３
図ｆ点）で蒸発器を出ておシ、アキュムレータ１６内に
液ガス混合状態となって冷媒が流れ込み、これらの液冷
媒はアキュムレータ熱交換器１７で加熱され（第３図ｇ
点）さらに、吸入管１８中で高圧配管１９と熱交換し、
飽和ガスに近い状態（第３図り点）で圧縮機に吸込まれ
る。

このため、従来は蒸発器の過熱度制御をしたために蒸発
器の出口部分に過熱した冷媒ガスが存在して冷媒側熱伝
達率が低く、蒸発器を有効に作動させることができなか
ったが、本発明では冷媒は液ガス混合状態で蒸発器を出
ており、蒸発器を有効に作動させることが可能と々つだ
。

このことは蒸発器が、第１図に示したように、多サーキ
ットに分岐している場合に、各サーキット毎の熱負荷が
異なっていても。

過熱度制御根太きな影響を受けず、蒸発器を有効に作動
させることを可能とする。

（３）第１図に示したように、４個の逆上弁５゜６．７
．８を用いて回路を形成しているので冷房および暖房と
もに１組の熱電膨張弁１０と、温度検出端２１，２２．
２３および電子制御装置２０で済み、冷凍回路の構成が
簡素化し、安価となる。

蒸上のように１本発明においては、熱電膨張弁１０によ
り、冷媒の膨張弁前の過冷却度を一定にするように制御
することにより、広範囲に冷媒流量が変化する能力可変
圧縮機を使用したり、定速圧縮機を広範囲な運転条件で
使用した場合でも、凝縮器および蒸発器を有効に作動さ
せて効率の良い空気調和を行Ａうと＼もに、圧縮機の過
熱運転や液戻りを少なくシ、寿命の上でも有利となり、
また冷暖房いずれの場合も一個の絞り装置で済むので、
コストを低減することができる。

要するに本発明によれば、圧縮機、凝縮器。

熱電膨張弁、蒸発器を環状に接続してなる冷凍サイクル
において、凝縮器および熱電膨張弁前の温度を検出して
作動する熱電膨張弁を具えたことによシ、高性能、低コ
ストの冷凍サイクルを得るから、本発明は産業上極めて
有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は第１
図の熱電膨張弁を示す拡大縦断面図、第３図は第１図に
おける冷媒のエンタルピー圧力線図、第４図は第２図の
熱電膨張弁のヒータ電圧と冷媒流量との関係を示す線図
である。 １・・圧縮機、２・・四方弁、３・・室外側熱交換器、
４・・分配器、５．　６．　７．　８・・逆上弁、１０
・・熱電膨張弁、１４・・分配管、１５・・室内側熱交
換器、１６・・アキュムレータ、１７・・アキュムレー
タ熱交換器、１８・・圧縮機吸入管、１９・・配管、２
０・・電子制御装置、２１，２２．２３・・温度検出端
、１０１・・弁部分、１０２・・弁棒、１０３・・弁体
、１０４・・弁座部、１０５・・流出ボート、１０６・
・流入ポート、１０７゜１０８・・冷凍管、１１４・・
孔、１２０・・弁駆動部分、１２１・・上ケーシング、
１２２・・下ケーシング、１２３・・密閉空間、１２４
．１２５・・バイメタル、 １２６，１２７・・スペーサ、 １２８．１２９・・孔、１３０・・支持ピン、１３１・
・ビン部、１３２・・座、 １３３・・スプリング、１３４・・電気ヒータ、１３５
．１３６・・端子、 復代理人　弁理士　　塚　本　正　文

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、凝縮器、熱電膨張弁、蒸発器を環状に接続して
   なる冷凍サイクルにおいて、凝縮器および熱電膨張弁前
   の温度を検出して作動する熱電膨張弁を具えたことを特
   徴とする空気調和機。