CN111033146A - 膨胀阀控制传感器和使用它的制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明的膨胀阀控制传感器包括：微小阻力部；检测上述微小阻力部的上游侧的配管温度的上游温度传感器；和检测上述微小阻力部的下游侧的配管温度的下游温度传感器。上述膨胀阀控制传感器检测上述上游温度传感器与上述下游温度传感器的温度差。由此，能够相对地检测出通过微小阻力部的制冷剂的流速或干燥度等的状态变化，能够实现制冷系统的节能化。

Description

膨胀阀控制传感器和使用它的制冷系统

技术领域

本发明涉及用于控制节流量可变的膨胀阀的传感器、和装载有该传感器的制冷系统。

背景技术

从节能的观点考虑，提案有装载节流量可变的膨胀阀的制冷系统。

以下，参照附图对现有的制冷系统进行说明。

图4是现有的制冷系统的示意图。图5是表示现有的制冷系统的膨胀阀的控制方法的图。

图4中，制冷系统40具有压缩机41、冷凝器42、接收器43、膨胀阀44、毛细管45、蒸发器46、吸入管47、内部热交换部48和吸入管温度传感器49。

这里，接收器43将在制冷系统40内进行循环的制冷剂以液体状态储存。当膨胀阀44的节流量发生变动时，接收器43内的液体制冷剂量发生变动，冷凝器42和蒸发器46的内部的制冷剂量能够适当地维持，并且流入到膨胀阀44的制冷剂的过冷却度能够保持为大致一定。

另外，通过膨胀阀44和毛细管45串联地配置，构成制冷系统40的节流部，由此能够实现将毛细管45与吸入管47进行热交换的内部热交换部48。由此，将在吸入管47内回流的低温制冷剂的焓回收，能够提高制冷系统40的效率。

另外，吸入管温度传感器49用于检测制冷剂在内部热交换部48中通过了之后的吸入管47的温度。基于吸入管温度传感器49检测的温度，能够使膨胀阀44的节流量可变。

关于如上所述构成的现有的制冷系统，在下文对其动作进行说明。

在制冷系统40工作来进行冷却运转时，将压缩机41运转。在压缩机41中压缩的制冷剂在冷凝器42中散热而冷凝，被储存在接收器43中。并且，滞留在接收器43中的液体制冷剂通过膨胀阀44和毛细管45被减压之后，供给到蒸发器46而蒸发，经由吸入管47向压缩机41回流。这时，利用在蒸发器46中产生的冷热来进行冷却。

这里，当使用制冷系统40进行冷却的对象物(未图示)的温度降低而接近稳定状态时，从蒸发器46供给的冷热剩余。并且，在吸入管47内没有能够蒸发的液体制冷剂混入，吸入管47的温度降低。这时，制冷剂在回收在吸入管47内回流的低温制冷剂的焓的内部热交换部48中通过了之后，吸入管47的温度没有充分地上升，而接近蒸发器46的温度。

其结果是，由于没有被利用的在蒸发器46中产生的冷热向压缩机41回流，由此制冷系统40的效率降低。并且，当该状态维持时，有可能产生液体制冷剂回流而压缩机41的耐久性降低。因此，为了避免制冷系统40的效率降低和压缩机41的耐久性降低，基于吸入管温度传感器49检测的温度，控制膨胀阀44的节流量。

接着，基于图5关于现有的制冷系统的膨胀阀的控制方法进行说明。

图5的横轴是对应于膨胀阀44的节流量产生的压力损失。图5的纵轴是吸入管温度传感器49检测的吸入管47的温度R。如上所述，使用制冷系统40进行冷却的对象物(未图示)的温度降低接近稳定状态，从蒸发器46供给的冷热剩余，吸入管47的温度降低而低于R1时，膨胀阀44的节流量被增大规定量。其结果是，蒸发器46的蒸发温度降低，制冷剂循环量变小，从蒸发器46供给的制冷能力降低，并且向吸入管47流出了的液体制冷剂作为剩余制冷剂被接收器43回收。由此，吸入管47的温度上升。

另一方面，当吸入管47的温度上升而超过R2的情况下，膨胀阀44的节流量被减少规定量。其结果是，蒸发器46的蒸发温度上升，制冷剂循环量变大，使从蒸发器46供给的制冷能力增大，并且被回收到接收器43的剩余制冷剂供给到蒸发器46。由此，吸入管47的温度下降。

通过像这样控制膨胀阀44的节流量，能够将吸入管47的温度R维持在R1至R2之间，能够避免制冷系统40的效率降低和压缩机41的耐久性降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-196321号公报

发明内容

但是，在现有的制冷系统的构成中，由于基于吸入管温度传感器49的输出控制膨胀阀44的节流量，所以需要自动地调节根据膨胀阀44的节流量而变动的剩余制冷剂量的接收器43。其结果是，需要只要总是能在接收器43中保持剩余制冷剂的制冷剂量，并且需要具有只要能将接收器43保持为规定的过冷却度的散热能力的冷凝器42。因此，使用可燃性制冷剂的家庭用冷藏库等对制冷剂量有限制的制冷系统中，使用膨胀阀44是有困难的。

另外，使用从壳体的外廓通过自然对流进行散热的冷凝器42的家庭用冷藏库等的、由于环境条件而散热能力大幅变化的制冷系统中，因为不能将冷凝器42出口保持为规定的过冷却度，使用膨胀阀44是困难的。

因此，在本发明中，其目的在于即使在制冷剂量和冷凝器的散热能力有限制的制冷系统中也使用膨胀阀，通过膨胀阀的最佳控制实现制冷系统的节能化。

为了达成该目的，本发明的膨胀阀控制传感器包括：微小阻力部；检测上述微小阻力部的上游侧的配管温度的上游温度传感器；和检测上述微小阻力部的下游侧的配管温度的下游温度传感器，上述膨胀阀控制传感器检测上述上游温度传感器与上述下游温度传感器的温度差。

装载有本发明的膨胀阀控制传感器的制冷系统，通过膨胀阀的最合适的控制，能够实现制冷系统的节能化。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的制冷系统的示意图。

图2是表示本发明的实施方式1的制冷系统的膨胀阀的控制方法的图。

图3是表示本发明的实施方式1的制冷系统的膨胀阀控制传感器的输出与制冷剂流速的相关关系的图。

图4是现有的制冷系统的示意图。

图5是表示现有的制冷系统的膨胀阀的控制方法的图。

具体实施方式

第1方式的膨胀阀控制传感器包括：微小阻力部；检测上述微小阻力部的上游侧的配管温度的上游温度传感器；检测上述微小阻力部的下游侧的配管温度的下游温度传感器，检测上述上游温度传感器与上述游温度传感器的温度差。

由此，能够相对地检测通过微小阻力部的制冷剂的流速或干燥度等的状态变化。其结果是，能够实现制冷系统的节能化。

第2方式的制冷系统，至少包括冷凝器、膨胀阀和第1方式的膨胀阀控制传感器，上述膨胀阀控制传感器配置在上述冷凝器的下游侧，上述膨胀阀配置在上述膨胀阀控制传感器的下游侧。

由此，能够以将冷凝器出口的状态保持为大致一定的方式控制膨胀阀，能够实现制冷系统的节能化。

第3方式的制冷系统是在第2方式中还具有压缩机、毛细管和控制部，上述毛细管配置在上述膨胀阀的下游侧。上述控制部在使上述膨胀阀的节流量最小而起动了上述压缩机之后，控制上述膨胀阀使其逐渐地节流，以使由上述膨胀阀控制传感器检测的上述温度差接近规定值。

由此，基于使膨胀阀的节流量为最小时预测的冷凝器出口的状态，能够相对地决定从膨胀阀控制传感器获得的温度差的目标值。由此，能够更加合适地进行膨胀阀的控制，其结果是能够实现制冷系统的节能化。

以下，关于本发明的实施方式参照附图进行说明，关于与现有例相同的结构标注相同的附图标记，省略其详细的说明。此外，本发明并不被该实施方式限定。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的制冷系统的示意图。图2是表示该实施方式1的制冷系统的膨胀阀的控制方法的图。图3是表示该实施方式1的制冷系统的膨胀阀控制传感器的输出与制冷剂流速的相关关系的图。

在图1中，制冷系统10包括：压缩机11、冷凝器12、干燥器13、膨胀阀14、毛细管15、蒸发器16、蓄液器(Accumulator)17、吸入管18和内部热交换部19。另外，制冷系统10具有由微小阻力部20、上游温度传感器21和下游温度传感器22构成的膨胀阀控制传感器23。

这里，干燥器13是对在制冷系统10内进行循环的制冷剂进行干燥的部件，为了与液体制冷剂效率良好地接触而配置在冷凝器12的下游。

另外，蓄液器17是储存稳定状态的剩余制冷剂的部件，为了与蒸发器16保持为大致相同的温度而配置在蒸发器16的下游。当使用制冷系统10进行冷却的对象物(未图示)的温度上升时，在蓄液器17中储存的剩余制冷剂量减少，而制冷系统10内的制冷剂循环量增大，从而制冷能力增加。通常，从壳体的外廓利用自然对流进行散热的家庭用冷藏库等的、由于环境条件而散热能力大幅变化的制冷系统中，不能使用接收器在制冷系统的高压侧储存剩余制冷剂。因此，与本实施方式1同样地，使用蓄液器在制冷系统的低压侧储存剩余制冷剂。另外，储存在蓄液器中的剩余制冷剂量为制冷系统内的全部制冷剂量的10～30％程度，能够获得以比较少的量调节制冷能力的功能。因此，蓄液器为了抑制制冷系统内的全部制冷剂量是有效的。

另外，在本实施方式中，膨胀阀14与毛细管15串联地配置，构成制冷系统10的节流部。由此，能够实现将毛细管15与吸入管18进行热交换的内部热交换部19，在吸入管18内回流的低温制冷剂的焓被回收，而提高制冷系统10的效率。

另外，构成膨胀阀控制传感器23的微小阻力部20由长度250mm的细径管构成。微小阻力部20具有相当于串联配置的微小阻力部20、膨胀阀14和毛细管15的全部阻力的约5％的阻力。优选微小阻力部20相对于全部阻力的比率为1～20％。当小于1％的情况下，检测在制冷系统内流通的制冷剂的状态变化是比较困难的。当超过20％的情况下，内部热交换部19的热交换变得不充分，制冷系统的效率降低。这里，微小阻力部20相对于全部阻力的比率是以将各自的阻力用相同内径的毛细管代替时的长度的比率来表示的。

另外，构成膨胀阀控制传感器23的上游温度传感器21和下游温度传感器22分别是检测微小阻力部20的上游侧的配管温度和下游侧的配管温度的传感器。根据在微小阻力部20的内部流通的制冷剂的状态变化，上游温度传感器21与下游温度传感器22检测的温度的差发生变化。因此，基于上游温度传感器21和下游温度传感器22检测的温度的差使膨胀阀14的节流量可变，由此能够将制冷系统10控制为所希望的状态。

关于如以上所述构成的本发明的实施方式1的制冷系统，在以下说明其动作。

使制冷系统10工作来进行冷却运转时，控制部使膨胀阀14的节流量最小来运转压缩机11。由压缩机11压缩了的制冷剂通过冷凝器12散热而冷凝后，通过干燥器13被干燥。并且，制冷剂在通过膨胀阀控制传感器23之后，由膨胀阀14和毛细管15减压。之后，制冷剂被供给到蒸发器16而蒸发，经由吸入管18向压缩机11回流。这时，利用由蒸发器16产生的冷热进行冷却。

这里，在使膨胀阀14的节流量最小运转压缩机11的状态下，对象物(未图示)的温度降低接近稳定状态时，冷凝器12的出口制冷剂成为2相状态(优选干燥度3～10重量％)。这是由于，以即使冷却的对象物(未图示)的温度上升，储存在蓄液器17的剩余制冷剂量减少且制冷系统10内的制冷剂循环量增大了的情况下，使冷凝器12的出口制冷剂不变成过冷却的方式，设计串联配置的微小阻力部20、膨胀阀14和毛细管15的全部阻力，以及制冷系统10内的全部制冷剂量。通常，在从壳体的外廓利用自然对流进行散热的家庭用冷藏库等的、由于环境条件而散热能力大幅变化的制冷系统中，以冷凝器12的出口制冷剂变成过冷却的方式进行设计时，当由于环境条件而散热能力增大了时，制冷系统内的几乎全部的制冷剂滞留在冷凝器12中，可能发生制冷剂循环量异常降低。另外，当根据环境条件散热能力减少时，没有能够在冷凝器12中冷凝的剩余制冷剂不能完全储存在蓄液器17中，而从吸入管18向压缩机11回流，由此可能发生压缩机11的耐久性降低。

并且，控制部以使得膨胀阀控制传感器23检测的微小阻力部20的前后(上游侧下游侧)的温度差变化规定值、或者将膨胀阀14的节流量相比于保持为最小的稳定状态变化规定量的方式来控制膨胀阀14的节流量。其结果是，冷凝器12的出口制冷剂的干燥度减少，从而冷冻効果增大而能够提高制冷系统10的效率。

接着，基于图2和图3关于本发明的实施方式1的制冷系统的膨胀阀的控制方法进行说明。

图2的横轴是根据膨胀阀14的节流量产生的压力损失。纵轴是膨胀阀控制传感器23检测而输出的微小阻力部20的前后(上游侧下游侧)的温度差S。如上所述，在使膨胀阀14的节流量为最小并运转压缩机11的状态下，使用制冷系统10进行冷却的对象物(未图示)的温度降低并接近稳定状态，冷凝器12的出口制冷剂成为2相状态。这时，膨胀阀控制传感器23的输出表示为S0。并且，控制部以使膨胀阀控制传感器23的输出低于S2的方式增加膨胀阀14的节流量。其结果是，冷凝器12的出口制冷剂的干燥度减少，从而冷冻効果增大而能够提高制冷系统10的效率。

另一方面，继续减少冷凝器12的出口制冷剂的干燥度，并且膨胀阀控制传感器23的输出低于下限值S1的情况下，控制部使膨胀阀14的节流量减少。其结果是，能够使膨胀阀控制传感器23的输出稳定在显示从S1至S2的状态。对膨胀阀控制传感器23的输出设置下限值S1是因为，当将膨胀阀14过度节流时，冷凝器12的出口制冷剂成为过冷却状态，制冷系统10内的几乎全部的制冷剂滞留在冷凝器12中，可能发生制冷剂循环量异常降低。

图3的横轴与图2的纵轴同样地是膨胀阀控制传感器23检测而输出的微小阻力部20的前后的温度差S。图3的纵轴是在微小阻力部20内通过的制冷剂的流速V。如上所述，从膨胀阀控制传感器23的输出显示S0的状态其膨胀阀14的节流量增加时，冷凝器12的出口制冷剂的干燥度减少，在微小阻力部20内通过的制冷剂的流速V变慢，其结果是，膨胀阀控制传感器23的输出从S0向S2降低。同样地，通过控制部调节膨胀阀14的节流量，膨胀阀控制传感器23的输出稳定在显示从S1至S2的状态时，冷凝器12的出口制冷剂的干燥度稳定在零附近(优选的是干燥度为0～1重量％)，制冷剂的流速V稳定在最小值附近。这是因为，由于制冷系统10在稳定状态中制冷剂循环量成为大致一定，当冷凝器12的出口制冷剂变成液相时在微小阻力部20内通过的制冷剂的流速V变成大致最小。另外，是因为随着冷凝器12的出口制冷剂的干燥度增加，在微小阻力部20内通过的制冷剂的流速V增加。另外，通常，相对液相的气相的比容大50倍左右，因此在干燥度为0～10重量％的微小阻力部20内通过的制冷剂的流速V的变化量大，特别是在该范围中，可以说易于由膨胀阀控制传感器23检测冷凝器12的出口制冷剂的状态。

像这样，控制部根据膨胀阀控制传感器23的输出控制膨胀阀14的节流量，由此使冷凝器12的出口制冷剂的干燥度稳定在零附近(优选的是干燥度为0～1重量％)，能够使冷冻効果增大提高制冷系统10的效率。

如以上所述，在本实施方式1的制冷系统中，使用了由微小阻力部和检测器前后的温度差的温度传感器构成的膨胀阀控制传感器，控制部以将冷凝器出口的状态保持大致一定的方式控制膨胀阀。由此，能够在冷凝器出口不具有接收器的制冷系统中进行膨胀阀的最佳控制，能够实现制冷系统的节能化，并且能够避免压缩机的耐久性降低。

此外，在本实施方式1中，以使膨胀阀控制传感器23的输出从下限值S1变成规定值S2的方式调节膨胀阀14的节流量，也可以以使膨胀阀14的节流量相比保持为最小的稳定状态变化规定量的方式调节膨胀阀14的节流量。如果能够根据制冷系统10的周围温度等的环境条件、和冷凝温度或蒸发温度等的压缩机11的运转条件，预先设想在稳定状态的冷凝器12的出口制冷剂的干燥度和膨胀阀控制传感器23的输出，就能够推测在该条件下的最佳的冷凝器12的出口制冷剂的干燥度和膨胀阀控制传感器23的输出。由此，能够更高精度地调节膨胀阀14。通常，以制冷系统在预先设想的环境条件和运转条件中，冷凝器的出口制冷剂不变成过冷却的方式，来设计制冷系统的全部阻力和全部制冷剂量。因此，如果是将膨胀阀的节流量保持为最小的稳定状态，则能够设想冷凝器的出口制冷剂的干燥度。

此外，在本实施方式1中使用微小阻力部20，该微小阻力部20形成为由长度250mm的细径管构成的、串联地配置的微小阻力部20、膨胀阀14和毛细管15的全阻力的大约5％，但并不限定于此。只要相对于全部阻力的微小阻力部20的比率为1～20％，用细径管或者微小的节流孔(orifice)等构成微小阻力部20也能够获得同样的效果。

如以上所述，本发明的制冷系统，即使在从壳体的外廓利用自然对流进行散热的家庭用冷藏库等的、由于环境条件而散热能力大幅变化的制冷系统、或使用对制冷剂量有限制的可燃性制冷剂等的制冷系统中，也能够使用膨胀阀。并且因为能够对膨胀阀进行最佳地控制，因此在冷冻冷藏应用商品中能够适用本发明的制冷系统。

附图标记说明

10 制冷系统

11 压缩机

12 冷凝器

13 干燥器

14 膨胀阀

15 毛细管

16 蒸发器

18 吸入管

19 内部热交换部

20 微小阻力部

21 上游温度传感器

22 下游温度传感器

23 膨胀阀控制传感器。

Claims (3)

1.一种膨胀阀控制传感器，其特征在于，包括：

微小阻力部；

检测所述微小阻力部的上游侧的配管温度的上游温度传感器；和

检测所述微小阻力部的下游侧的配管温度的下游温度传感器，

所述膨胀阀控制传感器检测所述上游温度传感器与所述下游温度传感器的温度差。

2.一种制冷系统，其特征在于：

至少包括冷凝器、膨胀阀和权利要求1记载的膨胀阀控制传感器，

所述膨胀阀控制传感器配置在所述冷凝器的下游侧，

所述膨胀阀配置在所述膨胀阀控制传感器的下游侧。

3.如权利要求2所述的制冷系统，其特征在于：

还包括压缩机、毛细管和控制部，

所述毛细管配置在所述膨胀阀的下游侧，

所述控制部在使所述膨胀阀全开而起动了所述压缩机之后，控制所述膨胀阀使其逐渐地节流，以使由所述膨胀阀控制传感器检测的所述温度差接近规定值。

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