JPS6323467B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷凍回路中の冷媒絞り機構として正逆
流式にしてかつ常開式の熱電形膨張弁を用いたこ
とにより、冷暖房いずれにおいても効率のよい冷
凍サイクルを構成すると共に、立ち上り特性を良
好にすることを目的とするものである。

従来より熱電形膨張弁を用いた冷凍回路は構成
されているが、この従来の熱電形膨張弁は一方向
性のものであることから冷房専用装置にのみ用い
られており、冷暖房装置には用いられなかつた。

従来からの熱電形膨張弁を用いた装置の例とし
て第１図に示すように室内熱交換器ａの冷媒入口
部に第１の熱電対ｂを設け、出口部に第２の熱電
対ｃを設けてこの二つの熱電対ｂ，ｃの温度差を
制御装置ｄを介して熱電形膨張弁ｅの開度を制御
することにより両熱電対ｂ，ｃの取付け部におけ
る冷媒温度差を一定に保つようにして冷凍回路を
制御する冷房専用装置がある。

この構成であると、室内熱交換器ａにおける冷
媒による流路抵抗が大きい場合においては熱電対
ｂ，ｃの取り付け部における冷媒の飽和温度の差
が大きいことから熱電対ｃにおける冷媒の状態を
適切に検知することが困難となり圧縮機ｆへ流入
する冷媒の状態を精度良く制御することが極めて
困難である。

しかも、この従来の熱電形膨張弁を用いて冷暖
房装置の冷凍回路を構成しようとする場合には、
熱電形膨張弁が一方向性であつたため、二つの熱
電形膨張弁と二つの逆止弁が必要となる欠点を有
し、さらに、従来の熱電形膨張弁の場合は、常閉
式のものしかなかつたため、運転開始直後には熱
電形膨張弁は極めて大きく絞つた状態となつてお
り、冷媒の流通量が少なくなることから、特に、
冷房時の立ち上り特性を良好に保つことが困難で
あつた等の欠点を有していた。

そこで本発明は上記従来の欠点を解消した冷暖
房装置を提供するものであり、以下にその一実施
例について第２〜４図を参考に説明する。

第２図において１は圧縮機であり、四方弁より
なる冷暖切換え弁２を介して室外熱交換器３，正
逆流式でかつ常開式の熱電形膨張弁４及び室内熱
交換器５を環状に連結した冷凍回路を構成してい
る。６は圧縮機の吸入管４に設けた受液器であ
る。８は室外熱交換器３に取り付けたサーミス
タ、９は室内熱交換器５の流れの中央付近に取り
付けたサーミスタ、１０は吸入管７に取り付けた
サーミスタである。１１は両サーミスタ９，１０
からの信号を受けて熱電形膨張弁４の開度を制御
する制御装置である。

次に前記熱電形膨張弁４の構造について第３図
を参考に説明する熱電形膨張弁４は弁部分１２と
弁駆動部分１３とからなる。弁部分１２は弁枠１
４と弁体１５とからなる。弁枠１４は弁座部１６
を設けかつ流体が流出入する流出入ポート１７，
１８を有し、各ポート１７，１８にはそれぞれ冷
媒管１９，２０が接続されている。弁体１５は連
結された二つの上下部材２１，２２からなり、こ
れら両部材２１，２２中に、ポート１８側と弁駆
動部分１３内とを連通させる通路２３，２４を形
成している。両通路２３，２４間には冷媒が通路
２４から通路２３へ向つて流れるのを阻止する逆
止弁２５が設けられている。なお、弁体１５は弁
枠１４に形成した孔２６内に上下に摺動自在に設
けられている。一方、弁駆動部分１３は、上ケー
シング２７と下ケーシング２８と弁枠１４とによ
り密閉された空間２９を形成している。この空間
２９内には二つのバイメタル３０，３１が収納さ
れており、両バイメタル３０，３１はその両端に
てスペーサ３２，３３を介して並設されている。
そして、両バイメタル３０，３１の中央部に孔３
４，３５を穿設し、上ケーシング２７の内面中央
部に固着させた支持ピン３６を上バイメタルの孔
４１に上方から挿入し、また弁体１５の上端に形
成したピン部分３７を、下バイメタル３１の孔３
５に下方から挿入することにより、両バイメタル
３０，３１は空間２９内に支持される。なお弁体
１４は、座金３８を介して、スプリング３９によ
り常に上方向に付勢されている。４０は上バイメ
タル３０を強制加熱する電気ヒータであり、上バ
イメタル３０に巻装されている。なお、この上バ
イメタル３０は通常は弁部分１２をほぼ全開状態
に保ち、電気ヒータ４０により加熱されることに
より湾曲し弁部分１２を絞るよう作用するもので
ある。４１，４２は前記電気ヒータ４０の両端に
接続される端子であり、上ケーシング２７を貫通
して設けられている。この上バイメタル３０は電
気ヒータ４０により強制加熱されることにより、
その両端が下方（図中矢印Ａ方向）に移動するよ
う変形するものである。従つて電気ヒータ４０に
通電すると、上バイメタル３０が変形し、スプリ
ング３９の弾性力に抗して弁体１５を上方に押し
上げ、弁座１６と弁体１５の下端との間の隙間を
小さくさせる。すなわち、弁を絞る方向に作用す
る。この場合の弁の絞り度は、電気ヒータ４０へ
の通電電力量により調整される。すなわち、大電
力を通せば、上バイメタル３０は大きく変形湾曲
し、弁の絞り度が大きくなる。すなわち開度は小
さくなる。逆に電気ヒータ４０への電力が小さい
場合には、上バイメタル３０の変形量は少なく、
弁の絞り度は小さい。なお、下バイメタル３１
は、孔２６と弁体１５との摺動面から空間２９内
に流入した冷媒及び周囲の空気温度による温度影
響を受け変形するもので、負荷状態補償用のバイ
メタルである。また、この熱電形膨張弁４は、正
逆流通式の膨張弁であり、冷媒は、ポート１７か
ら流入し、弁体１５と弁座１６との間に形成され
る絞り部を通つてポート１８から流出するよう流
れることはもちろんのこと、この逆に、ポート１
８から流入し、弁体１５と弁座１６との間に形成
される絞り部を通つてポート１７より流出するよ
うに流れることもできる。なお、ポート１７側が
高圧となり、ポート１８側が低圧になつた場合に
は、冷媒の一部は、弁体１５と孔２６との摺動面
から空間内に流入するが、この流入した冷媒は、
通路２３，２４及び逆止弁２５を通つてポート１
８へと流れ、空間内に溜ることはない。逆に、ポ
ート１８側がポート１７側より高圧になつた場合
には、逆止弁２５が閉じ、空間２９内に冷媒が流
入することはほとんどない。

以上の構造において、次に動作の説明をする。
まず、冷房運転について説明する。冷暖切換え弁
２を図の状態にして圧縮機１を運転すると冷媒は
第２図中の実線矢印で示すごとく流れ、圧縮機１
から吐出された高温高圧ガス冷媒は冷暖切換え弁
２を通り室外熱交換器３にて冷却され、更に熱電
形膨張弁４で減圧されて室内熱交換器５に流入す
る。

この室内熱交換器５で加熱され低圧ガス冷媒と
なり冷暖切換え弁２を通り受液器６を介して圧縮
機１に吸入される。

上記の冷媒回路が運転されると室内熱交換器５
に取り付けたサーミスタ９及び吸入管７に取り付
けたサーミスタ１０は各々の取り付け位置におけ
る冷媒温度に相当する電気抵抗値を示す。

この二つのサーミスタ９，１０の電気抵抗値差
と予じめ定めておいた値との差を制御装置１１が
検出して、その検出した差に応じた電圧を熱電形
膨張弁４の電気ヒータ４０に印加する。

つまり、二つのサーミスタ９，１０の電気抵抗
値の差が予め定めておいた値よりも小さい場合は
熱電形膨張弁４の電気ヒータ４０に印加する電圧
を大きくし、電気ヒータ４０の加熱量を大きくす
ることにより弁体１６を下方に移動させ弁開度を
小さくすることにより冷媒流量を小さくする。こ
の動作によりサーミスタ１０の冷媒温度が上昇
し、両サーミスタ９，１０の電気抵抗値差が大き
くなる。両サーミスタ９，１０の電気抵抗値の差
が予め定められた値よりも大きい場合は逆に電気
ヒータ４０への印加電圧を下げることによつて、
弁体１５を上方に移動させ開度を大きくすること
により冷媒流量を大きくする。この動作によりサ
ーミスタ１０の冷媒温度は下降し、両サーミスタ
９，１０の電気抵抗値差を小さくする。

上記の操作を両サーミスタ９，１０の電気抵抗
値が予め定めておいた値となるまで繰り返えし行
うことにより負荷の変動に対しても常に二つのサ
ーミスタ８，９の取り付け部の電気抵抗値差、つ
まり冷媒温度の差を一定に保つことができ、圧縮
機１に流入する冷媒の状態が制御できることから
より適切な冷房運転を行うことができるとともに
圧縮機１の温度面での保護を行うことができる。
サーミスタ取付け位置について第２図と第４図を
参考に説明する。第２図は前述の通りであり説明
を省略し第４図を説明する。

第４図は冷房運転時における室内熱交換器５内
の冷媒の相状態をモデル的に示したものであり、
サーミスタ９は室内熱交換器５内のガス、液混相
域の位置に取り付けられている。斜線部４４は液
冷媒を表わし、４５はガス冷媒を表わす。４６は
室内熱交換器５の入口部で、４７は同出口部であ
る。

冷房運転時において、熱電膨張弁４を出た液割
合の多い混相冷媒は第４図において矢印の方向に
流れ室内熱交換器５の入口部４６から流入し、次
第に加熱されてガス割合いの多い混相冷媒となり
位置４３で全てガス冷媒となり更に過熱されて出
口部４７から流出し冷暖切換え弁２及び受液器６
を介して圧縮機１に流入する。

上記の冷凍回路が構成されると、室内熱交換器
５のサーミスタ９は取付け部の冷媒の飽和温度を
検出することができ、出口部４７における冷媒の
飽和温度に近い値となり、出口部４７から吸入管
７のサーミスタ１０までの冷媒の流路抵抗が大き
くない場合はサーミスタ１０の取付け位置におけ
る冷媒の飽和温度にも近い値を示す。このことか
らサーミスタ９，１０の温度差により吸入管７で
の冷媒状態がより適格に検出されることにより、
圧縮機１に流入する冷媒の状態をより正確に制御
でき、適切な冷房運転を行うことができる。制御
も容易にできる。

次にサーミスタ９の取付位置について説明す
る。周知のように冷凍サイクルにおいて熱負荷が
変化する冷凍回路構成部品内における冷媒の状態
も変化する。

冷房運転時における室内熱交換器５内の冷媒の
状態も変化するために、前記室内熱交換器５内で
全てガス域となる位置４３も移動する。

室内熱交換器５のサーミスタ９の取り付け位置
を前記熱交換器５において、冷房運転全範囲で、
常にガス液混相域でかつガス単相域に近い位置
（例えば、最大負荷時で設定される位置）とする
と、この位置においては、冷媒は広範囲の熱負荷
の変動が起きても常にガス，液混相域であり相と
して一定しており、常にその位置での冷媒の飽和
温度を検出することができる。従つてこの室内熱
交換器５のサーミスタ９と吸入管７のサーミスタ
１０とによつて圧縮機１へ流入する冷媒の状態が
常に正しく検出され、より正確に制御され、適初
な冷房運転を行なうことができる。

前記サーミスタ９を出口部４７付近に設ける
と、熱負荷の変動によつて、サーミスタ９はガ
ス，液混相域の温度を検出したり、ガス域を検出
したりすることとなり、検出する相が一定せず、
吸入管７に設けたサーミスタ１０との温度関係だ
けでは吸入管７の冷媒の状態を適格に検出するこ
とができなくなる場合が生ずる。つまり熱電形膨
張弁４の制御装置１１へ誤つた情報を送ることに
より熱電形膨張弁４を誤動作させたり、その動作
が不安定になつたりして熱負荷の変動に対しての
制御範囲を著るしく限定することとなる。

又暖房運転において冷媒は圧縮機１，冷暖切換
え弁２，室内熱交換器５，正逆流式の熱電形膨張
弁４，室外熱交換器３，冷暖切換え弁２，受液器
６を順次第２図に示す破線矢印の方向に流れ圧縮
機に流入する。

冷媒回路における冷媒の状態及び熱電形膨張弁
４の制御については冷房運転時の説明において室
内熱交換器５を室外熱交換器３に置き換え、サー
ミスタ９をサーミスタ１０に置き換えることによ
り冷房運転時と同様となり効果も同様なものとな
る。

なお、熱電形膨張弁４は常開式、すなわち、電
気ヒータ４０に通電させていないときには、弁部
分１２を全開状態に保つようにしたものであるた
め、冷房運転の立ち上り特性がきわめて良好に保
てる。すなわち、運転開始直後においては、熱電
形膨張弁４はほぼ全開状態にあるため、室内熱交
換器に多量の冷媒が流れることとなり、立ち上り
が迅速にでき、立ち上り特性を良好に保てる。な
お、立ち上りが完了し、安定運転に達した後は、
サーミスタ８又は９と１０からの信号により熱電
形膨張弁４の開動調整が負荷に応じてなされるこ
とは、すでに述べた所である。又、何らかの原因
で制御装置１１が故障したような場合であつて、
これを知らずに圧縮機１を運転させたとしても熱
電形膨張弁４はほぼ全開状態にあるため、圧縮機
に悪影響を与えることはない。また圧縮機１の運
転停止と同時に電気ヒータ４０への通電を断つよ
うにすることにより、熱電形膨張弁４はほぼ全開
状態になるため、冷凍回路中の高低バランスは極
めて短時間でなされ、従来のように圧縮機１の再
起動まで所定時間（通常３分）待たなくてもよく
なる。

次に本発明の他の実施例について第６図を参考
に説明する。

本実施例は先の実施例における第２図内の吸入
管７のサーミスタ１０を、冷房及び暖房運転時に
各々蒸発器となる熱交換器５又は３と冷暖切換え
弁２との間に各々設けたものであり、第２図と同
じものは同一番号を付記して説明を省略する。

第５図において、４８は暖房運転時に蒸発器と
なる室外熱交換器３と冷暖切換え弁２との間の冷
媒回路４９に設けたサーミスタであり、５０は冷
房運転時に蒸発器となる室内熱交換器５と冷暖切
換え弁２の間の冷媒回路５１に設けたサーミスタ
である。

本実施例の動作は先の実施例における動作説明
中の吸入管７のサーミスタ１０の代わりに、暖房
運転時にはサーミスタ５０を用いて熱電形膨張弁
４を制御し、又暖房運転時にはサーミスタ４９を
用いて熱電形膨張弁４を制御するようにしたもの
であり先の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

上記のように本発明において吸入管部に設ける
検出器の位置は蒸発器となる熱交換器と圧縮機の
間のどの位置に設けてもよい。

上記実施例より明らかなように本発明は圧縮機
に冷暖切換え弁を介して室外熱交換器，正逆流式
の熱電形膨張弁及び室内熱交換器を環状に連結し
て冷凍回路を形成し、前記熱電形膨張弁の制御の
ための検出器を前記室内熱交換器，前記室外熱交
換器及び圧縮機への吸入部に設けることにより、
冷暖房いずれの運転においても前記圧縮機に流入
する冷媒の制御が容易に行え、かつ適切な冷暖房
運転を行うことができるとともに前記圧縮機の温
度面での保護もできるという利点を有する。しか
も、本発明の熱電形膨張弁は、常開式であるた
め、特に冷房時の立ち上り特性が良好に保て、ま
た冷暖房時いずれの場合にも、従来の常閉式の熱
電形膨張弁を開いた場合には、運転開始直後に、
熱電形膨張弁と強制的に開放する手段を設けねば
ならなかつたが、本発明ではかかる手段は不要と
なり、立ち上り時の制御は簡単となる。さらに、
何らかの原因で熱電形膨張弁への通電回路が作動
しなくなつたとしても、熱電形膨張弁は開放状態
にあるため、圧縮機に悪影響を与えることがな
い。

また、室内熱交換器及び室外熱交換器に取り付
ける検出器の位置を冷房時において、常に、前記
室内熱交換器内の冷媒がガス単相域となる位置付
近で、ガス，液混相域の位置とし、暖房時におい
て、常に、前記室外熱交換器内の冷媒がガス単相
域となる位置付近で、ガス，液混相域の位置とす
ることにより、広範囲な熱負荷の変動に対しても
前記検出器の取り付け部は常にガス，液混相域と
なり安定した相の状態を検出することができる。
このことから、吸入部に設けた検出器と併用する
ことにより、吸入部の冷媒状態を常に正確に検出
することができ、広範囲な熱負荷の変動に対して
も冷凍サイクルを正確に制御し、適切な冷暖房運
転を行うことができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷暖房装置の概略冷凍回路図、
第２図は本発明の実施例をなす冷暖房装置の概略
冷凍回路図、第３図は同冷暖房装置に用いた正逆
流式の熱電膨張弁の断面図、第４図は室内熱交換
器内の冷媒の相状態をモデル的に示した説明図、
第５図は本発明の他の実施例をなす冷暖房装置の
概略冷凍回路図である。 １…圧縮機、２…冷暖切換え弁、３…室外熱交
換器、４…熱電形膨張弁、５…室内熱交換器、
８，９，１０…サーミスタ（検出器）、１１…制
御装置、１２…弁部分、１３…弁駆動部分、１５
…弁体、３０…上バイメタル、４０…電気ヒー
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機に冷暖切換え弁を介して室外熱交換
   器、熱電形膨張弁及び室内熱交換器を環状に連結
   して冷凍回路を形成し、前記熱電形膨張弁を正逆
   式の弁部分と弁駆動部分とから形成し、前記弁駆
   動部分には前記弁部分に設けた弁体を作動させて
   弁の絞り度を変えるバイメタルとこのバイメタル
   を加熱変形させる電気ヒータとを設け、冷媒状態
   を検出し前記電気ヒータへの供給電力を制御する
   ための信号を発する温度検出器を前記室内熱交換
   器、前記室外熱交換器及び前記圧縮機への吸入部
   にそれぞれ設け、さらに前記室内熱交換器の温度
   検出器の取付け位置を冷房時において前記室内熱
   交換器内の冷媒がガス単相域となる位置付近でガ
   ス液混相域の位置とし、前記室外熱交換器の取付
   け位置を暖房時において前記室外熱交換器内の冷
   媒がガス単相域となる位置付近でガス液混相域の
   位置としたことを特徴とする冷暖房装置。