JP2883535B2 - 冷凍装置 - Google Patents

冷凍装置

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JP2883535B2
JP2883535B2 JP6110353A JP11035394A JP2883535B2 JP 2883535 B2 JP2883535 B2 JP 2883535B2 JP 6110353 A JP6110353 A JP 6110353A JP 11035394 A JP11035394 A JP 11035394A JP 2883535 B2 JP2883535 B2 JP 2883535B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/19Refrigerant outlet condenser temperature

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置に関し、特に
凝縮器を備えて単一冷媒もしくは、高沸点冷媒と低沸点
冷媒からなる非共沸混合冷媒を用いる場合にはサブクー
ル(SC)制御を行うことができる冷凍装置(空気調和
機)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ヒートポンプ式空気調和機の冷
媒回路は、図6に示すように、圧縮機1、室内熱交換器
2、流量制御弁3、室外熱交換器4、四方弁5等から構
成されており、暖房運転時には実線矢印で示すように、
この順序で冷媒が循環され、冷房運転時には暖房運転時
と逆方向に冷媒が循環される。
【0003】このような運転の切り換えにより、1つの
回路により冷房運転と暖房運転がなされるようになって
いる。
【0004】一方、かかるヒートポンプ式空気調和機に
おいては、冷媒として単一冷媒(例えば、R−22)が
使用されている場合には、この単一冷媒の圧力が一定で
且つ気液混合時はその冷媒の温度は一定となり、室内熱
交換器2における入口温度と出口温度を等しくすること
ができる。
【0005】すなわち、図7に示すモリエル線図のよう
に、単一冷媒の圧力が一定なら飽和圧力も一定であり、
室内熱交換器2の入口側と出口側の間で温度の傾きがな
い、つまり温度グライド(glide)がないので、室
内熱交換器2中のどの部分で中間温度(凝縮温度)を測
定しても、凝縮温度として採用することができる。
【0006】この室内熱交換器2において、過冷却から
その室内熱交換器2の冷却能率をみる場合に、図6に示
す室内熱交換器2における凝縮温度T11と、室内熱交
換器2の出口温度T12との温度差により、過冷却(サ
ブクールSC=凝縮温度T11−出口温度T12)を検
出して、図6の冷媒回路をサブクール制御していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図6の冷媒
回路に、冷媒として、単一冷媒ではなく、高沸点冷媒と
低沸点冷媒からなる非共沸混合冷媒を用いる場合には、
沸点の低い冷媒が先に蒸発するので、図7の単一冷媒を
使用する場合のモリエル線図とは異なる。つまり、この
非共沸混合冷媒の圧力が一定で且つ気液混合時はその非
共沸混合冷媒の等温線は、飽和液線から飽和蒸気線に向
かって右下りになっている(温度グライド:約5°
C)。
【0008】この温度グライドがあるために、室内熱交
換器2の中間温度が室内熱交換器2の凝縮温度であると
は限らない。つまり、非共沸混合冷媒を用いる場合に
は、室内熱交換器2の正しい凝縮温度を検知することが
できない。
【0009】したがって、非共沸混合冷媒を用いると、
図6の従来の室内熱交換器2における凝縮温度T11
と、室内熱交換器2の出口温度T12との温度差を取っ
ても、室内熱交換器2のサブクールSCを検出して、冷
媒が液状態にあるのか湿り状態にあるのかが判断できな
いという問題があった。
【0010】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、温度グライドがある非共沸混合冷媒を用
いてもサブクールの検出と制御ができる冷凍装置を提供
することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、単一冷媒
あるいは高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合
冷媒を熱交換器に循環する冷凍装置において、この熱交
換器が凝縮器として働く時に前記熱交換器の出口に配置
されて、冷媒に一定の流路抵抗を付与する固定抵抗と、
この固定抵抗の前後に配置されて、固定抵抗による温度
の変化を検知するための第1の温度センサと第2の温度
センサとを備えるものである。
【0012】第2の発明は、単一冷媒あるいは高沸点冷
媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を熱交換器に
循環する冷凍装置において、この熱交換器が凝縮器とし
て働く時に前記熱交換器の出口に配置されて、冷媒に流
路抵抗を付与する抵抗値が可変の可変抵抗と、この可変
抵抗の前後に配置されて、可変抵抗による温度の変化を
検知するための第1の温度センサと第2の温度センサと
を備えるものである。
【0013】第3の発明は、単一冷媒あるいは高沸点冷
媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を熱交換器に
循環する冷凍装置において、前記熱交換器の出口に配置
されて、この熱交換器が凝縮器として働く時に冷媒に流
路抵抗を付与する抵抗体と、この抵抗体の前後に配置さ
れて、抵抗体による温度の変化を検知するための第1の
温度センサと第2の温度センサと、前記第1及び第2の
温度センサの検出値に応じて冷媒流量を制御する流量制
御弁とを備えるものである。
【0014】
【作用】第1の発明によれば、熱交換器が凝縮器として
働く時に、固定抵抗により冷媒に一定の抵抗を付与し
て、この固定抵抗の前後の第1の温度センサと第2の温
度センサにより固定抵抗による温度の変化を検知する。
これにより、凝縮器の出口における冷媒の状態、即ち、
液状態か湿り状態かを判断し、冷媒として非共沸混合冷
媒を用いたとしても、サブクールの検出と制御ができ
る。
【0015】第2の発明によれば、熱交換器が凝縮器と
して働く時に、可変抵抗により冷媒に抵抗を付与して、
この可変抵抗の前後の第1の温度センサと第2の温度セ
ンサにより、可変抵抗による温度の変化を検知する。こ
れにより、可変抵抗によれば、冷媒状態に応じた温度差
を自由に設定できるので、サブクールの検出と制御が確
実にできる。
【0016】第3の発明によれば、熱交換器が凝縮器と
して働く時に、抵抗体により冷媒に抵抗を付与して、こ
の抵抗体の前後の第1の温度センサと第2の温度センサ
により、抵抗体による温度の変化を検知する。検知結果
に基づいて流量制御弁の開度を調整してサブクールの大
きさを調整できる。
【0017】尚、本発明は冷媒の気液状態を検知するも
のであるから、単一冷媒の場合であっても、混同冷媒の
場合と同様にサブクールの調整が可能となる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
て詳細に説明する。
【0019】図1は、本発明の冷凍装置にかかる実施例
の冷媒回路図である。この実施例にかかる冷凍装置は、
冷媒回路を循環する冷媒としては、高沸点冷媒と低沸点
冷媒からなる非共沸混合冷媒が用いられている。
【0020】図1の冷媒回路において、圧縮機13、室
内熱交換器15、固定抵抗16、流量制御弁17、室外
熱交換器19、流路切り換え弁としての四方弁31、ア
キュムレータ33が、この順序で配置されている。
【0021】熱交換器としての室外熱交換器19と室内
熱交換器15は、それぞれファンを備えていて、室外空
気または室内空気が熱交換されている。
【0022】室内熱交換器15と流量制御弁(メカ弁)
17の間(暖房時に室内熱交換器15の出口側)には、
固定抵抗16が配置されている。
【0023】固定抵抗16は、たとえば細管コイル状に
形成したものや、オリフィス等が用いられる。
【0024】室内熱交換器15の出口側と固定抵抗16
の間には、第1の温度センサ40が配置されているとと
もに、固定抵抗16と流量制御弁17の間には、第2の
温度センサ42が配置されている。
【0025】四方弁31は、冷房運転時には、破線で示
すように冷媒を流すように位置して、暖房運転時には実
線で示すように位置される。このように四方弁31を切
り換えることにより、冷房と暖房の冷媒流路を切り換え
る。
【0026】ヒートポンプ式空気調和機では、冷房運転
時、室内熱交換器15が蒸発器として作用する場合に
は、室外熱交換器19は凝縮器として作用するようにな
っていて、暖房運転時、室内熱交換器15が凝縮器とし
て作用する場合には、室外熱交換器19は蒸発器として
作用する。
【0027】非共沸混合冷媒としては、たとえばR13
4a、R125、R32の混合冷媒が用いられる。一般
に、R134aの沸点は摂氏−26度、R125の沸点
は摂氏−48度、R32の沸点は摂氏−52度である。
【0028】次に、上記実施例の作用を説明する。
【0029】図1の冷媒回路においては、冷房運転時に
は、図1の四方弁31が破線で示すように位置し、圧縮
機13、室外熱交換器19、流量制御弁17、固定抵抗
16、室内熱交換器15、四方弁31、アキュムレータ
33の順序で冷媒が循環される。この冷房運転時には、
室外熱交換器19は凝縮器として作用し、室内熱交換器
15は蒸発器として作用して、冷媒は気化されて外気か
ら熱をくみ上げる。
【0030】一方、図1の冷媒回路において、暖房運転
時には、図1の実線で示すように四方弁31が位置し、
圧縮機13、室内熱交換器15、固定抵抗16、流量制
御弁17、室外熱交換器19、四方弁31、アキュムレ
ータ33の順序で冷媒が循環される。この際に、第1温
度センサ40は、凝縮器として作用する室内熱交換器1
5の出口側と固定抵抗16の間で冷媒の温度を検知す
る。また、第2温度センサ42は、固定抵抗16と流量
制御弁17の間で冷媒の温度を検知する。
【0031】暖房運転時に、圧縮機13から室内熱交換
器15に導入された冷媒は、室内空気と熱交換される。
凝縮器として作用する室内熱交換器15を通過した冷媒
は、固定抵抗16、流量制御弁17を経て、室外熱交換
器19に導入され、この室外熱交換器19が蒸発器とし
て作用して、冷媒は気化されて外気から熱をくみ上げ
る。
【0032】暖房運転時に、室内熱交換器15では、図
2に示すように、高沸点冷媒と低沸点冷媒からなる非共
沸混合冷媒は、沸点の低い冷媒が先に蒸発するので、非
共沸混合冷媒の等温線は、飽和液線から飽和蒸気線に向
かって右下がりであり、室内熱交換器2の入口側と出口
側との間では、温度グライドが生じる。
【0033】この温度グライドがあるために、室内熱交
換器2の中間温度が室内熱交換器2の凝縮温度であると
は限らない。つまり、室内熱交換器2の効率的な凝縮温
度を検知することができない。
【0034】そこで、本発明の実施例では、暖房運転時
に凝縮器として作用する室内熱交換器15の出口に固定
抵抗16を設けていて、その固定抵抗16を通過する冷
媒は、冷媒の状態、すなわち冷媒液と冷媒蒸気の混合割
合(冷媒が液状態にあるのか湿り状態にあるのか)によ
って、固定抵抗16前後における温度差が変わることが
知られている。従って、固定抵抗16の前後に配置した
第1及び第2の温度センサ40,42によりその温度差
を検知し、室内熱交換器2の出口側が湿状態か液状態か
の検知あるいはその温度差に基づいて流量制御弁17の
開度を調整することで、サブクールSCの値を調整する
ものである。
【0035】ここで、図3を参照して、冷媒が液領域の
等温線(A−B)は圧力変化に対して平行に近い線とな
り、圧力変化時での温度変化が少ない。
【0036】これに対し、湿り領域での等温線(B−
C)は圧力変化に対して垂直に近い線のため、圧力変化
時の温度変化が大きい。
【0037】従って、熱交換器の出口の冷媒状態を湿り
状態から液状態にしたい時には、温度差大から温度差小
に変化した時点で飽和液線を通過したことになり、この
変化量を検出することにより、状態の検出が可能であ
る。
【0038】具体的なサブクールSC制御を、次に説明
する。
【0039】図3に示すT1は固定抵抗16の前の温度
を示し、T2は固定抵抗16の後の温度を示す。
【0040】図2に示すように、ある循環量に対してサ
ブクールSC1を5°Cとする場合には、P1(固定抵
抗の前圧力)とP2(固定抵抗の後圧力)の差、つまり
ΔP1が1.5Kg/平方センチメートル必要とされ
る。その時の固定抵抗の前の温度T1と固定抵抗の後の
温度T2の差、ΔTは2°C前後である。
【0041】また、図2に示すように、ある循環量に対
してサブクールSC2を10°Cとする場合には、P1
(固定抵抗の前圧力)とP2(固定抵抗の後圧力)の
差、つまりΔP2が2〜3Kg/平方センチメートル必
要とされる。その時の固定抵抗16の前の温度T1と固
定抵抗16の後の温度T2の差、ΔTは1°C前後であ
る。
【0042】このサブクールSCの大小に関する、ΔT
とΔPの関係は、図4に示すようになる。図4で明らか
なように、非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置では、サ
ブクールSCをたくさんとる場合にはΔTを小さくし、
サブクールSCをあまりとらない場合にはΔTを大きく
する。
【0043】図1の実施例の場合には、抵抗体として固
定抵抗16を用いるので、室内熱交換器の大きさにより
必要とするサブクールSCの大きさに合わせて、この固
定抵抗16の種類を変更する。そして、図1の流量制御
弁17の開度調整を行い、かつ上述した温度差をとるこ
とで、サブクールSCの検出をして冷媒回路をサブクー
ル制御する。
【0044】次に、本発明にかかる別の実施例を図5を
参照して説明する。
【0045】図5に示す実施例は、図1に示した実施例
と同様の箇所には同一符号を付して、その説明を省略す
る。
【0046】図5に示す実施例では、図1に示した実施
例で用いた固定抵抗16に代えて、可変抵抗116を用
いている。つまり、室内熱交換器15と流量制御弁17
の間には、可変抵抗116が配置されている。
【0047】室内熱交換器15の出口側と可変抵抗11
6の間には、第1の温度センサ40が配置されていると
ともに、可変抵抗116と流量制御弁17の間には、第
2の温度センサ42が配置されている。
【0048】図4に示すようにしてサブクールSCをた
くさんとる場合にはΔTを小さくし、サブクールSCを
あまりとらない場合にはΔTを大きくするように、図6
の実施例の可変抵抗(メカ弁)116を変化させる。つ
まり、図3のように可変抵抗16を全開から絞る。この
可変抵抗116の容量としては、好ましくは全開時にサ
ブクールSCがゼロになるようになっている。
【0049】本発明は、上述した実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であ
る。
【0050】例えば、上述したサブクール制御は冷房時
に凝縮器となる室外熱交換器の出口側で行っても良い。
熱源は空気のみではなく水でも可能である。また、本発
明は冷媒の気液状態を検知するものであるから、冷媒と
しては、非共沸混合冷媒の他に、単一冷媒を使用しても
同様な効果を得ることができる。
【0051】
【発明の効果】以上述べたように、第1の発明によれ
ば、熱交換器が凝縮器として働く時に、固定抵抗により
冷媒に一定の抵抗を付与して、この固定抵抗の前後の第
1の温度センサと第2の温度センサにより固定抵抗によ
る温度の変化を検知する。これにより、凝縮器の出口に
おける冷媒の状態、即ち、液状態か湿り状態かを判断
し、冷媒として非共沸混合冷媒を用いたとしても、サブ
クールの検出と制御ができる。
【0052】第2の発明によれば、熱交換器が凝縮器と
して働く時に、可変抵抗により冷媒に抵抗を付与して、
この可変抵抗の前後の第1の温度センサと第2の温度セ
ンサにより、可変抵抗による温度の変化を検知する。こ
れにより、可変抵抗によれば、冷媒状態に応じた温度差
を自由に設定できるので、サブクールの検出と制御が確
実にできる。
【0053】さらに、第3の発明によれば、熱交換器が
凝縮器として働く時に、抵抗体により冷媒に抵抗を付与
して、この抵抗体の前後の第1の温度センサと第2の温
度センサにより、抵抗体による温度の変化を検知する。
検知結果に基づいて流量制御弁の開度を調整してサブク
ールの大きさを調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷凍装置(空気調和機)の実施例を示
す冷媒回路図である。
【図2】図1の実施例におけるモリエル線図である。
【図3】図2のモリエル線図の拡大図である。
【図4】温度、圧力、サブクールの関係を示す図であ
る。
【図5】本発明の冷凍装置(空気調和機)の別の実施例
を示す冷媒回路図である。
【図6】従来の冷凍装置を示す冷媒回路図である。
【図7】図6の従来の冷凍装置におけるモリエル線図で
ある。
【符号の説明】
13 圧縮機 15 室内熱交換器 16 固定抵抗(抵抗体) 17 流量制御弁(メカ弁) 40 第1の温度センサ 42 第2の温度センサ 116 可変抵抗(抵抗体)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単一冷媒あるいは高沸点冷媒と低沸点冷
    媒とからなる非共沸混合冷媒を熱交換器に循環する冷凍
    装置において、 この熱交換器が凝縮器として働く時に前記熱交換器の出
    口に配置されて、冷媒に一定の流路抵抗を付与する固定
    抵抗と、 この固定抵抗の前後に配置されて、固定抵抗による温度
    の変化を検知するための第1の温度センサと第2の温度
    センサとを備えることを特徴とする冷凍装置。
  2. 【請求項2】 単一冷媒あるいは高沸点冷媒と低沸点冷
    媒とからなる非共沸混合冷媒を熱交換器に循環する冷凍
    装置において、 この熱交換器が凝縮器として働く時に前記熱交換器の出
    口に配置されて、冷媒に流路抵抗を付与する抵抗値が可
    変の可変抵抗と、 この可変抵抗の前後に配置されて、可変抵抗による温度
    の変化を検知するための第1の温度センサと第2の温度
    センサとを備えることを特徴とする冷凍装置。
  3. 【請求項3】 単一冷媒あるいは高沸点冷媒と低沸点冷
    媒とからなる非共沸混合冷媒を熱交換器に循環する冷凍
    装置において、 前記熱交換器の出口に配置されて、この熱交換器が凝縮
    器として働く時に冷媒に流路抵抗を付与する抵抗体と、 この抵抗体の前後に配置されて、抵抗体による温度の変
    化を検知するための第1の温度センサと第2の温度セン
    サと、 前記第1及び第2の温度センサの検出値に応じて冷媒流
    量を制御する流量制御弁とを備えることを特徴とする冷
    凍装置。
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