JPS61231371A - 冷凍サイクルのス−パヒ−ト制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷媒を凝縮器に蒸発させて冷凍能力を得る冷
凍サイクルにおいて、圧縮機への吸入冷媒のスーパヒー
ト量を電気膨張弁を用いて一定に制御するようにし１＝
スーパヒート制御装置に関し、特に、上記スーパヒート
間を検知するシステムの改良に関する。

（従来の技術） 従来より、この種のスーパヒート量を検知するシステム
として、冷媒の蒸発圧力を圧力センサで検知し、その冷
媒の蒸発圧力と吸入管における冷媒温度との差によって
スーパヒート量を検出するようにすることは知られてい
る。しかし、このものは、高価でかつその構造上比較的
大形となる圧力センサを用いるためにコストアップ及び
設置スペース上の問題があった。

そこで、上記の如き圧力センサを使、用せずに、サーミ
スタ等の安価かつ小形な潟ａヒンサのみを利用するもの
として、従来、例えば特開昭５９−９５３４８号公報に
開示されるように、冷媒回路における電気膨張弁の入口
側、出口側またはその両方の冷媒の一部をキャピラリチ
ューブ等の減圧機構を介して圧縮機の吸入側にバイパス
させるバイパス通路を設けるとともに、該バイパス通路
の減圧機構出口側における冷媒の蒸発圧力相当飽和温度
を検出する温度センサと、圧縮機吸入管の冷媒温度を検
出する温度センサとを設け、上記両冷媒温度の温度差で
もってス−パヒート量を演算するようにしたものが提案
されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、この提案のものでは、バイパス通路を通りそ
の減圧機構を出た冷媒は気密混合状態の２相流（湿り状
態）となっており、かつこのバイパス冷媒量は冷凍装置
の運転状態に応じて変化するため、吸入管を流れる適正
なスーパヒート量のガス冷媒との混合によっても湿り状
態が解消せず、その結果、圧縮機に液冷媒が吸入されて
その液戻りにより圧縮機の信頼性が低下する虞れがあっ
た。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上記公報の従来例の如く電気膨張
弁前後の冷媒の一部をバイパスさせてその温度を検出す
るのではなく、圧縮機から吐出された冷媒の一部を圧縮
機吸入管にバイパスさせてその温度を検出するようにす
ることにより、冷媒を圧縮機の吸入側にバイパスさせて
も液戻りが生じないようにし、よって圧縮機の信頼性を
低下させることなく、かつ安価で小形な温Ｉ１１［ｔ？
ンサを利用して吸入冷媒のスーパヒート量を正確に検出
できるようにすることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１
図に示すように、圧縮機（３）、凝縮器（４）、電気膨
張弁（５）および蒸発器（８）を備えた冷凍サイクルに
おいて、上記圧縮機（３）の吸入管（１０）と熱交Ｉ！
ｋする熱交換部（１３）と減圧機構（１４）とを有し、
圧縮機（３）の吐出管（９）内の冷媒の一部を上記熱交
換部（１３）において冷却した後減圧機構（１４）にお
いて減圧して圧縮＠　（３）の吸入管（１０）にバイパ
スするバイパス配管（１２）を設番プる。さらに、上記
バイパス配管（１２）の出口での冷媒温度（Ｔ２）を検
出するバイパス冷媒温度センサ（１８）と、圧縮１１Ｎ
（３）吸入側の冷媒温度（Ｔ＋　）を検出する吸入冷媒
温度センサ（１７）とを設けるとともに、上記両温度セ
ンサ（１７）、（１８）の検出信号を入力し、両冷媒温
度（Ｔ＋　）’、（Ｔ２　）の温度差＜Ｔ＋−Ｔ２）で
もって圧縮機（３）への吸入冷媒温度のスーパヒート量
（ＳＨ）を演算して上記電気膨張弁（５）のｒＭ度を制
御する制御手段（１９）を設けた構成とする。

（作用） 上記の構成により、本発明においては、圧縮機（３）か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒の一部がバイパス配管
（１２）を経由して圧縮機（３）吸入ＩＫ（１０）にバ
イパスされ、その間に上記ガス冷媒は圧縮機（３）吸入
管（１０）内の冷媒との熱交換により冷却されかつ減圧
機構（１４）により減圧される。このバイパスされた冷
媒のバイパス配管（１２）の出口でのｔｆｉ［（Ｔｚ＞
がバイパス冷媒温度センサ（１８）により検出されると
ともに、メインの冷媒回路を通って圧縮機（３）に吸入
される冷媒の温度（Ｔ１）が吸入冷媒温度ヒンサ（１７
）により検出され、これらの両温度センサ（１７）、（
１８）の検出信号を受けた制御手段（１９）により、上
記両冷媒温度（Ｔ＋）。

（Ｔ２）の温度差（Ｔ＋　−７２）がスーパヒートｆｆ
ｉ　（ＳＨ）として演算されるとともに、そのスーパヒ
ート量（ＳＨ）が例えば略一定となるように電気膨張弁
（５）の開度が制御される。

そして、この場合、上記スーパヒート１ｍ（ＳＨ）を冷
媒の各状態での温度（Ｔ＋　）、（Ｔ２　）に基づいて
演算するため、その冷媒温度（Ｔ＋）。

（Ｔ２）を検出する温度セン’＋（１７）、（１８）と
して安価かつ小形な温度センサを使用でき、よってスー
パヒート量を正確に検出しつつ装置全体のコストダウン
を図ることができるようになる。

また、上記バイパス配管（１２）により圧縮機（３）吸
入側にバイパスされる冷媒はバイパス配管（１２）での
減圧冷却作用により液化するが、その液化はバイパス配
管（１２）の熱交換部（１３）における圧縮機（３）吸
入管（１０）との熱交換によって生じたものであるので
、バイパス冷媒が圧縮機（３）吸入管（１０）に導入さ
れ混合されると、メインの冷媒回路の冷媒が得た上記熱
交換量が付与されて液状態から制御されるべき適正スー
パヒート量のガス状態に戻り、よって圧縮機３に対する
液戻りを確実に防止できることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明をヒートポンプ式空気調和装置の冷凍サ
イクルに適用した実施例を示し、（１）は室外機、（２
）は室内機であって、上記室外機〈１）には冷媒を圧縮
する圧縮ｌ１ｌ（３）と、冷媒を冷房運転時は凝縮させ
、暖房運転時には蒸発させる凝縮器または蒸発器として
の室外側熱交換器（４）と、液冷媒を減圧膨張させる電
気膨張弁（５）と、冷暖房運転状態に応じて冷媒の流れ
方向を切り換える四路切換弁（６）と、アキュムレータ
（７）とが備えられている。一方、上記室内機（２）に
は冷媒を冷房運転時は蒸発させ、暖房運転時には凝縮さ
せる蒸発器または凝縮器としての室内側熱交換器（８〉
が備えられている。そして、上記室外機（１）および室
内機（２）における各機器は図示の如く吐出管（９）、
吸入管（１０）および冷媒配管（１１）によって接続さ
れており、四路切換弁〈６）の切換えにより、冷房運転
時には冷媒を図で実線矢印の方向に流して、圧縮１！（
３）から吐出された高温高圧のガス冷媒を室外側熱交換
器（４）で高圧の液冷媒に凝縮させ、その液冷媒を電気
膨張弁（５）にて減圧膨張させたのち室内側熱交換器（
８）で蒸発させて低温低圧のガス冷媒とし、このガス冷
媒を圧縮４１１（３）に吸入させる一方、暖房運転時に
は冷媒を破線矢印の方向に流して、圧縮機（３）からの
高圧ガス冷媒を室内側熱交換器（８）で高圧液冷媒に凝
縮させ、その液冷媒を電気膨張弁（５）にて減圧膨張さ
せたのら、室外側熱交換器（４）で蒸発させ、この蒸発
による低温低圧のガス冷媒を圧縮機（３）に吸入させる
ようになされている。

さらに、上記圧縮機（３）の吐出口を四路切換弁（６）
に接続する吐出管（９）の途中からはバイパス配管（１
２）が分岐され、該バイパス配管（１２）の他端は圧縮
機（３）の吸入口を四路切換弁（６）に接続する吸入管
（１０）のアキュムレータ（７）上流側に接続されてお
り、圧縮機（３）吐出側のガス冷媒の一部を圧縮１１１
（３）吸入側にバイパスさせるようにしている。上記バ
イパス配管（１２）の途中には、バイパス配′管（１２
）内の冷媒を上記圧縮機（３）の吸入！！（１０）（ア
キュムレータ（７）と四路切換弁（６）との間の部分）
内の冷媒と熱交換させる熱交換部（１３）が設けられて
いるとともに、該熱交換部（１３）の下流側に冷媒を減
圧させるキャピラリチューブ等の減圧機構（１４）が介
装されている。なお、上記バイパス配管（１２）出口側
は、上記吸入管（１０）における上記熱交換部（１３）
配設箇所の下流側に接続されている。また、上記熱交換
部（１３）は、例えば第３図（ａ　）に示すようなバイ
パス配管（１２）の吸入管（１０〉とのろう付は構造、
同図（ｂ）に示すようなバンド（１５）による締結構造
、さらには同図（Ｃ）に示すようなカップリング（１６
）による連結構造等が採用される。

そして、以上の如き冷媒回路の構成において、上記電気
膨張弁（５）の開度を調節して圧縮機（３）への吸入冷
媒のスーパヒート量を制御する電気制御系を説明するに
、（１７）は上記圧縮機（３）吸入管（１０〉における
上記熱交換部（１３）配設箇所の上流側の冷媒温度Ｔ＋
を検出する吸入冷媒温度センサ、（１８）は上記バイパ
ス配管（１２）出口での冷媒温度Ｔ２を検出するバイパ
ス冷媒温度センサであって、これら両温度センリ゛（１
７）、（１８）の出力信号は電気膨張弁（５）を制御す
るコンテローラ（１９）に入力されており、このコント
ローラ（１９）により、上記両温度センサ（１７）、（
１８）の検出信号に基づいて上記圧縮機吸入管（１０）
の冷媒温度Ｔｌとバイパス冷媒温度Ｔ２との温度差ＴＩ
　　Ｔ２でもって圧縮機（３）への吸入冷媒のスーパヒ
ート量ＳＨ（ＳＨ＝Ｔ＋　　Ｔ２　）を演算し、そのス
ーパヒートｆｆ１ｓＨが略一定となるよう電気膨張弁（
５）の開度を制御するように制御指令を出力する制御手
段が構成される。

次に、上記実施例の作用を説明する。今、例えば空気調
和装置が冷房運転状態にある場合、圧縮機（３）から吐
出された高温高圧のガス冷媒が室外側熱交換器（４）で
液冷媒に凝縮され、その液冷媒は電気膨張弁（５）で減
圧膨張されたのち室内側熱交換器（８）で蒸発してガス
冷媒になり、しかる後、そのガス冷媒が圧縮機（３）に
吸入されるというメインの冷凍サイクルが繰り返される
。

そのとき、冷媒回路の第１図（Ａ）〜（Ｄ）位置での冷
媒状態は第２図に示すモリエル線図ではそれぞれ（Ａ）
〜（Ｄ）点に対応し、冷媒状態は同図で実線にて示すよ
うに変化する。

また、上記圧縮機（３）から吐出された高圧のガス冷媒
の一部はバイパス配管（１２）を通って圧縮機（３）の
吸入管（１０）にバイパスされ、その間に熱交換部（１
３）で上記吸入管（１０）内の冷媒と熱交換して冷却さ
れる（この熱交換により吸入管（１０）の（Ｅ）位置で
の冷媒ＷＡ度が（Ａ＞位置よりも上昇してその状態量は
第２図（Ｅ）点になる）とともに減圧機構（１４）で減
圧されて液冷媒になる。このバイパス配管（１２）の第
１図（Ｂ′）〜（Ｄ′）位置における冷媒状態は第２図
ではそれぞれ（Ｂ′）〜（Ｄ′　）点に示され、バイパ
スされて圧縮機（３）に吸入される冷媒の状態は同図で
破線にて示すように変化する。

そして、このような状態において、上記圧縮機（３）の
吸入管（１０）における上記熱交換器（１３・）配設箇
所の上流側での冷媒Ｉ！ｒＩＬＴ＋が吸入冷媒温度セン
サ（１７）により、また上記バイパス配管（１２）出口
の冷媒温ａ　Ｔ　２がバイパス冷媒温度センサ（１８）
によりそれぞれ検出され、これら温度センサ（１７）、
（１８）の出力を受けたコントローラ（１９）により、
上記両冷媒温度Ｔ＋、Ｔ２の温度差ＴＩ　　Ｔ２でもっ
て冷媒のスーパヒートＩＳＨが演詐されるとともに、そ
のスーパヒート量ＳＨが略一定になるように電気膨張弁
（５）の開度が調節される。

そして、この場合、上記バイパス配管（１２）の熱交換
部（１３）においてバイパス配管（１２）内の冷媒と吸
入管（１０）内の冷媒とが熱交換されるため、バイパス
配管（１２）内の冷媒が（Ｂ′）位置から（Ｃ′）位置
まで移るときに放出する熱量と、吸入管（１０）内の冷
媒が（Ａ）位置から（Ｅ）位置まで移るときに吸熱する
熱量とは同じであるので、バイパス配管（１２）からの
冷媒が吸入管（１０）に流入すると、ミキシングにより
上記熱量授受に伴う状態変化量が互いに相殺されて１．
吸入管（１０）の冷媒は（Ａ＞位置での冷媒状ｆｌｌＡ
）点で示される）と同じガス状態に戻るとともに、バイ
パス配管（１２）から吸入管（１０）に流入した液冷媒
も同じく（Ａ）点で示されるガス状態に戻ることになり
、よって圧縮機（３）への液戻りを防止してその信頼性
を向上させることができる。

また、２つの温度センサ（１７）、（１８）により吸入
冷媒温度Ｔ１およびバイパス冷媒温度Ｔ２を検出し、そ
の両温度Ｔ＋　、Ｔ２の温度差Ｔ１Ｔ２でもってスーパ
ヒートｆｆ１ｓＨを演算検知するため、安価かつ小形な
サーミスタ等の温度センサ（１７）、（１８）の使用が
可能となってコストダウン化を図ることができる。

さらに、圧縮機（３）からの吐出ガス冷媒の一部をバイ
パス配管（１２）により圧縮機（３）吸入側にバイパス
させるので、バイパス配管（１２〉を室外器（１）に設
けて、スーパヒート量の制御を室外機（１）側のみで行
うことができ、よって制御機構の集約化を図ることがで
きる。

なお、上記実施例においては、バイパス配管（１２）の
出口は、吸入管（１０）における熱交換部（１３）の下
流側に接続したが、上流側に接続しても良く、この場合
も上記と同様の効果を奏する。

また、上記実施例においては、バイパス配管（１２）に
おける減圧機構（１４）として別途キャピラリチューブ
を用いたが、バイパス配管（１２）自体が細径であり、
充分な抵抗を有する場合には特別の減圧機構（１４）を
介装せずとも、バイパス配管（１２）自体を減圧機構（
１４）として機能させることもできる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、冷凍サイクルに
おける圧縮機から吐出された冷媒の一部を圧縮機吸入管
内の冷媒との熱交換により冷却しかつ減圧して該圧縮機
吸入管にバイパスさせるとともに、そのバイパスされた
冷媒の温度と圧縮機吸入管の冷媒温度とのｒＩＡ度差に
よりスーパヒート量を検出し、そのスーパヒート量に応
じて電気膨張弁の開度を制御するようにしたことにより
、安価かつ小形の濃度センサを用いて正確なスーパヒー
ト化を検出できるとともに、バイパス配管により冷媒が
バイパスすることに伴う圧縮機の液戻りを確実に防止で
き、よって装置のコストダウン化および圧縮機の信頼性
の向上を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体構成図、第
２図は冷凍サイクルのメイン流およびバイパス流におけ
る冷媒の状態ｍを示すモリエル線図、第３図はバイパス
配管の熱交換部の具体構造を例示する説明図である。 （３）・・・圧縮機、（４）・・・室外側熱交換器、（
５）・・・電気膨張弁、（８）・・・室内側熱交換器、
（９）・・・吐出管、（１０）・・・吸入管、（１２）
・・・バイパス配管、（１３）・・・熱交換部、（１４
）・・・減圧機構、（１７）・・・吸入冷媒温度センサ
、（１８）・・・バイパス冷媒温度センサ、（１９）・
・・コントローラ。 代　　　　　理　　　　　人　　前　　　１）　　　　
弘　　　　　　　　　°ご−１、１−−２ 第３図 （Ｑ） （Ｃ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（３）、凝縮器（４）、電気膨張弁（５）
   、蒸発器（８）を備えた冷凍サイクルにおいて、上記圧
   縮機（３）の吸入管（１０）と熱交換する熱交換部（１
   ３）と減圧機構（１４）とを有し、圧縮機（３）の吐出
   管（９）内の冷媒の一部を上記熱交換部（１３）におい
   て、冷却した後、減圧機構（１４）において減圧して圧
   縮機（３）の吸入管（１０）にバイパスさせるバイパス
   配管（１２）を設けるとともに、該バイパス配管（１２
   ）の出口での冷媒温度（Ｔ＿２）を検出するバイパス冷
   媒温度センサ（１８）と、圧縮機（３）吸入側の冷媒温
   度（Ｔ＿１）を検出する吸入冷媒温度センサ（１７）と
   、上記両温度センサ（１７）、（１８）の検出信号を入
   力し、上記両冷媒温度（Ｔ＿１）、（Ｔ＿２）の温度差
   （Ｔ＿１−Ｔ＿２）でもって圧縮機（３）への吸入冷媒
   のスーパヒート量（ＳＨ）を演算して上記電気膨張弁（
   ５）の開度を制御する制御手段（１９）とを設けたこと
   を特徴とする冷凍サイクルのスーパヒート制御装置。