JPS628702B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広範囲な温度条件下で連続的に運転さ
れる空気調和装置に係わり、特に高温外気条件下
でサイクル構成機器への過負荷を防止するための
機構を備えた前記空気調和装置に関する。

近年、居住性のより向上に対する要請が強くな
り、特に酷暑地用冷房装置あるいは車両に使用さ
れる、例えば特開昭50―54948号公報に示された
空冷式冷房装置において、外気温度が50〜60℃ま
で上昇しても冷房装置を連続的に運転したいとい
う要望が強くなつてきた。

これに対して、例えば、圧縮機、凝縮器、膨脹
手段、蒸発器を順次連結した従来の空気調和装置
では、外気温度が異常に上昇した場合には凝縮圧
力あるいは温度が異常に上昇し、圧縮機バルブの
破壊、冷媒の劣化、圧縮機モータコイルの絶縁破
壊など、空気調和装置の運転上致命定な悪影響が
生じ、前述の要請にこたえることは困難であつ
た。したがつて、例えば、冷媒Ｒ―22を使用した
前記空気調和装置では、運転可能な外気最高温度
は45℃程度とされ、これ以上になると空気調和装
置の連続運転は不可能であり、運転を停止するの
が常であつた。空気調和装置の原理から言えば、
このような異常高温下でも空気調和装置を運転可
能とするためには、凝縮器の放熱面積を十分大き
くとれば良いわけであるが、このような異常高温
下での運転頻度を考えた場合、装置の設置スペー
スあるいは経済性等々の面から現実的な解決策と
は言えない。

そこで、この要求にこたえるため、異常高温下
で使用される頻度を勘案した場合、冷房能力はあ
る程度犠牲にしても空気調和装置の運転を停止し
ない方が、構成機器の耐久性維持及び居住性向上
の面から有利であると考えられ、第１図に示すよ
うな構成になる空気調和装置謂ゆる液バイパス方
式による圧縮機過負荷防止機構を備えたものが前
記空気調和装置用として提案されている。

同図に示した空気調和装置は、特に高温外気条
件下でも連続して運転可能としたもので、圧縮機
１、空冷凝縮器２、主回路膨脹手段３、蒸発器
４、を順次連結してなる通常の空気調和装置（主
回路Ａと称す）と、前記蒸発器４を側路するよ
う、前記凝縮器２の出口から圧縮機１に主回路Ａ
の冷媒の一部をバイパスする回路（第１のバイパ
ス回路Ｂと称す）とから構成されている。前記バ
イパス回路Ｂには、同回路の開閉手段５、同回路
膨脹手段６、冷媒熱交換器７が配設され、前記開
閉手段５は、例えば、空気調和装置の凝縮圧力に
応じて開閉し、同圧力の大きさに応じて流量を変
更可能とする圧力制御弁が如きものであり、また
冷媒熱交換器７は、前記膨脹手段６により断続的
に膨脹され低温低圧となつたバイパス冷媒と凝縮
器２出口の高温高圧冷媒とが熱交換関係におかれ
るような構造となつている。

このような空気調和装置において、通常の温度
条件下で空気調和装置が運転される場合、周知の
機能により蒸発器４で寒冷を発生し、所望の冷房
を行なうわけで、もちろん第１のバイパス回路は
閉塞されている。しかしながら、前記したように
凝縮器２を冷却する外気温度が異常に上昇してい
くと、同器２での放熱が不十分となる。このため
空気調和装置の自己制御性により、外気との温度
差がより大きくなるよう凝縮温度、すなわち、凝
縮圧力が上昇することになる。この圧力（圧縮機
１の吐出圧力に略等しい）が圧縮機の耐久上定め
られた制限値以上となると前記開閉手段５が開放
され、主回路Ａの冷媒の一部がバイパス回路Ｂに
流れる。この冷媒は同回路の膨脹手段６により低
温低圧の冷媒に膨脹せられ、冷媒熱交換器７に送
られる。ここで主回路Ａの高温高圧冷媒を冷却し
自身は加熱されて圧縮機１に吸引される。

この時主回路Ａの蒸発器４に供給される冷媒流
量が減少するため同器４での吸熱量が減少し、凝
縮器２での必要放熱量が減少することとなる。こ
れに加えて、冷媒熱交換器７においてバイパス回
路Ｂの低温冷媒により主回路Ａの高温冷媒が冷却
されるため凝縮液の温度が低くなることになる。

これら２つの作用により外気温度が異常に上昇
しても、凝縮圧力（温度）を所定の制限値以下に
抑えることができる。さらに外気温度が上昇して
いくと回路開閉手段５の働きによりバイパス回路
Ｂに流れる流量が増し、それに応じて蒸発器４に
送られる冷媒は増々減少し、凝縮圧力は制限値を
越えることはない。

このようにして、従来の制限温度以上の外気条
件に対しても、空気調和装置は連続して運転がで
きるようになる。

ところで、この種の空気調和装置に於ける問題
点のひとつに、バイパス回路Ｂが開放された時圧
縮機１の吐出ガス温度が異常に上昇する場合があ
ることである。この現象を第２図を用いて説明す
ると次の通りである。

同図は前述第１図に示した空気調和装置におい
て、凝縮器２の冷却空気温度に対する圧縮機１の
吐出圧力と同ガス温度の変化を蒸発器４の冷房負
荷をパラメータに示したものである。図示のよう
に圧縮機１の吐出圧力は冷房負荷の大小に拘わら
ず制限値以下に制御されているのに対して、冷房
負荷が上昇するに伴い圧縮機１の吐出ガス温度が
制限値以上となる領域が存在することである。

一般に冷媒Ｒ―22を使用した空気調和装置の場
合、吐出ガス温度の制限値は120〜130℃とされて
いる。これを越えると、冷媒の劣化、圧縮機潤滑
油の劣化あるいはモータ内蔵型の圧縮機の場合に
はモータコイル温度の異常上昇等々が生起して、
空気調和装置運転上重大な悪影響をもたらす。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、上記液バイパス方式によ
る圧縮機過負荷防止機構を備えた空気調和装置に
おいて、バイパス回路が開放された時の圧縮機吐
出ガス温度の上昇をおさえ、より耐久性の優れた
前記空気調和装置を提供するにある。

本発明は前記した空気調和装置の持つ欠点は、
蒸発器４に流入する冷媒量の減少にともなう同器
４出口の冷媒過熱度の上昇、バイパス流量が小な
る時冷媒熱交換器７におけるバイパス回路低圧側
冷媒の過熱度上昇とによる圧縮機１の吸入冷媒温
度の上昇に起因することを実験的に確認し、この
吸入冷媒温度の上昇を防止する方法として、湿り
度の高い低温冷媒を圧縮機１に吸引させ、これに
よつて吐出ガス温度の上昇を防止したものであ
る。

この点さらに詳細に説明すると次の通りであ
る。第１図にも示したように、バイパス回路Ｂが
開放された状態では圧縮機１は主回路Ａの蒸発器
４で冷却作用を発揮して吸熱した冷媒と、バイパ
ス回路Ｂの冷媒熱交換器７で主回路Ａの高温冷媒
から吸熱した冷媒とが合流混合した状態の冷媒を
吸引することとなる。バイパス回路Ｂが開放され
た状態では、前述のように蒸発器４に流入する冷
媒量は蒸発器４の冷房負荷に対して減少するた
め、同器４の出口では冷媒過熱度は大きくなる。
冷房負荷が大きくなればなる程この過熱の程度は
増大する。

一方、冷媒熱交換器７での熱交換量は、空気調
和装置が運転される最高の外気温度の時必要なバ
イパス量が流れ、かつ圧縮機１に液戻り現象（湿
り度の高い冷媒が圧縮機１に吸引される現象）が
生じない程度の値となるように、同熱交換器７の
伝熱面積を決定する必要がある。何故ならば、周
知のように圧縮機への液戻りは、圧縮機潤滑油の
稀釈、液圧縮による同機バルブの破壊等圧縮機の
運転上不都合な影響を誘起するもので、この現象
の回避は空気調和装置設計上必須の要件である。
なお、実際には冷凍熱交換器７の出口の冷媒は、
蒸発器４出口の過熱度との関係から若干湿り気味
の状態となることも許される場合がある。

したがつて、従来の制限外気温度よりも高い
が、予測されうる最高外気温度以下であるような
運転状況では、バイパス回路Ｂに流れる流量は少
なく、このため冷媒熱交換器７の低圧側出口冷媒
の過熱度はかなり高くなつている。このように、
蒸発器４の出口における冷媒のエンタルピーより
も前記冷媒熱交換器７の低圧側出口における冷媒
のエンタルピーの方が高い領域では、圧縮機１の
吸入冷媒温度は、蒸発器４の出口冷媒温度よりも
上昇し、これが吐出ガス温度の上昇を誘起するこ
とになる。

この吐出ガス温度の上昇を防止するためには、
何等かの方法により圧縮機１の吸入冷媒温度を低
下させる必要がある。

まず考えられるのは、蒸発器４の出口冷媒の温
度を低くすることである。このためには、蒸発器
４の冷房負荷に見合う以上の冷媒を蒸発器４に供
給してやる必要があるが、これは本方式の過負荷
防止機能を損うものである。つまり、このように
すると、蒸発器４での吸熱量が増加し、凝縮器２
での必要放熱量が増加することになり、凝縮圧力
を制限値以下に保持することは困難となる。

また、もうひとつの方法としては、バイパス回
路Ｂの開閉手段を吐出ガス温度の変化に応じて開
度が変更できるものとすることである。この方法
は第１図に示した圧力変化に応じて流量を変更す
る場合に比べて、ここで問題としている外気条件
領域でバイパス流量をさらに増加することを意味
し、冷房能力の低下する度合がさらに大きくなる
こと、また最大外気温度時には逆にバイパス流量
が減少し、温度的には制限値以下に保持できるも
のの圧力的に制限値を越える可能性があること、
さらに温度検知方式による制御は一般に応答性が
緩慢であつて、圧力変化に十分対応できないなど
の問題がある。

したがつて、過大な冷房負荷となる頻度を勘案
した場合、第１図の方式に、必要に応じて蒸発器
４出口冷媒のエンタルピーより小なるエンタルピ
ーの冷媒を圧縮機の吸入冷媒に吸引させる、すな
わち、吸熱を伴なわない、あるいは湿り度の高い
低温冷媒を圧縮機の低圧配管に流入させて吸入ガ
ス温度を下げ、これによつて吐出ガス温度の上昇
を防止する手段を構ずるのが最も好ましい。

以下、第３図に示す具体的な実施例を用いて本
発明をより詳細に説明する。

まず、第３図の実施例について説明すると、圧
縮機１、空冷凝縮器２、膨脹手段３、蒸発器４を
順次連結して構成された主回路Ａ、その途中に回
路開閉手段５、同回路膨脹手段６、冷媒熱交換器
７を介在し、前記主回路Ａの蒸発器４を側路する
ごとく、前記凝縮器２出口から前記圧縮機１入口
に主回路Ａの冷媒の一部をバイパスする第１のバ
イパス回路Ｂ、該回路Ｂの膨脹手段６と冷媒熱交
換器７の間から同器７を側路するように第２のバ
イパス回路Ｃが並設されている。前記第２のバイ
パス回路Ｃの途中には、前記圧縮機１の吐出ガス
温度の変化を検知して作動せられる回路開閉手段
１１が配設されている。この開閉手段１１は、前
記膨脹手段６の出口と冷媒熱交換器入口を結ぶ配
管８に分岐接合される流体導入部１１ａと、その
先端が冷媒熱交換器７の低圧側出口に接続される
流体導出部１１ｂと、これら両者１１ａ，１１ｂ
を隔し、その一部に流体を流通させる開口部１１
ｃを有する座材１１ｄとから構成される筐体部材
１１ｅ、前記座材１１ｄとの位置関係を相対的に
変更して流体が流動可能な隙間（図示せず）を形
成する弁体１１ｆ、この弁体１１ｆに押接するば
ね１１ｇ、このばね１１ｇの強さを変更するため
の調節機構１１ｈ、一端が前記筐体部材１１ｅに
固定され、その内部にばね１１ｉを有し、前記筐
体部材１１ｅの内部と隔絶するように構成された
ベローフラム１１ｊ等の可撓部材、これに一端が
固定され他端が前記弁体１１ｆに押接するロツド
１１ｋ、前記ベローフラム１１ｊ内部と導管１１
１により連通され、その内部にガス体、あるいは
液体等温度変化をその圧力変化に変換する媒体を
有する温度検知端１１２から構成されるがごとき
ものである。この温度検知端１１２は圧縮機１の
吐出ガス温度を検知するよう圧縮機１の吐出配管
１０に設置されている。また、同検知端１１２が
予め設定した温度以上の値を検知すると、前記弁
体１１ｆは座材１１ｄから離れ、導入部１１ａか
ら導出部１１ｂに流体が導通するようばね１１
ｇ，１１ｉの強さがそれぞれ設定されている。

このような構成になる空気調和装置において、
通常温度条件及び凝縮器２の冷却空気が高くな
り、凝縮圧力が所定の値以上となり第１のバイパ
ス回路Ｂが機能する条件下での空気調和装置の機
能は前述第１図で説明したものとまつたく同様で
あるので、ここでは省略する。

さて、第１のバイパス回路Ｂが開放されてお
り、主回路Ａの蒸発器４の冷房負荷が上昇してい
くと、前述第２図で説明したように圧縮機１の吐
出ガス温度が上昇し、ついにはこの制限値を越え
ることになる。かかる場合、第２のバイパス回路
Ｃの開閉手段１１の温度検知端１１２は、この異
常を内部の圧力変化として検知し、導管１１１を
介してベローフラム１１ｊに伝達する。そこでベ
ローフラム１１ｊは伸張し、これに固定されたロ
ツド１１ｋは弁体１１ｆを開方向に作用させる。
これにより導入部１１ａと導出部１１ｂが連通
し、前記膨脹手段６から出た湿り度の高い低温低
圧の冷媒が、冷媒熱交換器７をバイパスして第１
のバイパス回路Ｂの冷媒ひいては圧縮機１の吸入
冷媒の温度を引き下げることとなる。したがつて
圧縮機１の吐出ガス温度は低下することとなる。
この作用は温度検知端１１２が吐出ガス温度の制
限値以下の温度を検知するまで継続され、前記吐
出ガス温度が制限値を上回る度合が大なる程、第
２のバイパス回路Ｃを流動する湿り度の高い低温
冷媒の量は多くなる。

なお、前記開閉手段１１としては、吐出ガス温
度を検知するサーモスイツチにより付勢回路が
ON―OFFせられる電磁弁が如きものでも良い
が、この方式の場合には制御回路が複雑になるこ
と、開時流量がほゞ一定であるためハンチングが
生じ易いことなどの見地から、第３図に示したご
とく第２のバイパス回路Ｃに流れる流量を吐出ガ
ス温度の大きさに応じて連続的に変更可能とした
手段が好適である。さらに、前記実施例では第１
のバイパス回路Ｂの膨脹手段６の後流側から低温
低圧の冷媒をバイパスするものであるが、前記開
閉手段１１に膨脹機能を兼備させ、第１のバイパ
ス回路Ｂの開閉手段５の後流もしくはその上流か
ら高温高圧の冷媒を膨脹バイパスしても同様の効
果があることは言うまでもないが、開閉手段１１
として許容圧力が高いものを使用する必要があ
る。

以上説明したように、本発明によれば、過負荷
時に必要に応じて湿り度の高い低温低圧の冷媒を
圧縮機吸入ガスに混入させて同ガス温度を低くす
ることができるので、高負荷時における圧縮器吐
出ガス温度の異常上昇が防止できる効果があるの
で、より耐久性の優れた過負荷防止機構付空気調
和装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温外気条件下での過負荷を防止する
機構を備えた従来の空気調和装置の系統図、第２
図は第１図の空気調和装置に於ける問題点を説明
するための圧縮機の吐出圧力及び吐出ガス温度の
特性図、第３図は本発明になる空気調和装置の一
実施例を示す系統図である。 Ａ……主回路、Ｂ……第１のバイパス回路、Ｃ
……第２のバイパス回路、１……圧縮機、２……
凝縮器、３……主回路膨脹手段、４……蒸発器、
５……第１のバイパス回路開閉手段、６……第１
のバイパス回路膨脹手段、７……冷媒熱交換器、
１１……第２のバイパス回路開閉手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、空冷凝縮器、主回路膨張手段及び蒸
   発器を順次連結して形成した冷凍サイクルの、前
   記主回路膨張手段の上流側と圧縮機の上流側との
   間に、第１のバイパス回路開閉手段と、第１のバ
   イパス回路膨張手段と、前記空冷凝縮器の下流側
   に近接する冷媒熱交換器とを順次前記主回路膨張
   手段上流側から配置して第１のバイパス回路を形
   成した空気調和装置において、前記第１のバイパ
   ス回路に冷媒が流れ、かつ前記圧縮機の下流側の
   冷媒温度が所定値より上昇したときに前記冷媒熱
   交換器の冷媒を側路するように作動する第２のバ
   イパス回路開閉手段を、前記圧縮機の上流側と前
   記主回路膨張手段間に配設したことを特徴とする
   空調和装置。