JP2919760B2 - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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直人 坂本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷媒として、高沸点冷
媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いた空気
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、圧縮機、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交
換器、四方弁から構成されていて、暖房時にはこの順序
で冷媒が循環され、冷房時には暖房時とは逆方向に冷媒
が循環される。
【0003】かかる空気調和装置において、特公平4ー
27465号公報には、圧縮機の運転中には常時圧縮機
から吐出された高温高圧の冷媒の一部をバイパス管に導
き、この導いた冷媒を補助熱交換器によって、圧縮機に
吸い込まれる低温冷媒で冷却して冷媒温度を検知するこ
とによって、室内熱交換器における蒸発温度を室外熱交
換器側で疑似的に検出して膨脹弁の開度を制御する構成
が開示されている。
【0004】一方、室内熱交換器における冷媒の凝縮温
度を検知する場合にも、同様に室内熱交換器の疑似的な
凝縮温度を検知して冷媒制御をおこなう構成が望まれ
る。
【0005】かかる場合、冷媒とし単一冷媒(例えばR
−22)が使用されている場合には、図5にモリエル線
図を示すように、冷媒に温度グライドがないので、単一
冷媒の圧力が一定で且つ気液混合時には冷媒の温度は一
定となり、圧縮機の吐出側で温度を測定することによっ
て、室内熱交換器の疑似的な凝縮温度として扱うことが
できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、オゾ
ン破壊を防止する目的等から、空気調和機の冷媒とし
て、高沸点冷媒と低沸点冷媒からなる非共沸混合冷媒を
用いるものがある。
【0007】このように、冷媒としてこの高沸点冷媒と
低沸点冷媒からなる非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路に
おいても、室内熱交換器における凝縮温度を疑似的に構
成して、冷媒の制御をおこなうことによって、その制御
回路を簡易にするとともに、空気調和機の構成のみなら
ず設置作業の配線を簡易にすることが望ましい。
【0008】そこで、本発明は上記課題を解消するため
に、冷媒として非共沸混合冷媒を用いた場合にも簡単な
構成で冷媒制御ができる空気調和機を提供することを目
的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、高沸点冷媒と
低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を、圧縮機、室内
熱交換器、制御弁、室外熱交換器を環状に接続した冷媒
回路に循環させてなる空気調和機において、前記圧縮機
から吐出された冷媒の一部を迂回させて再び圧縮機の吐
出側に戻すバイパス回路と、このバイパス回路に設けら
れ、圧縮機の吸入側冷媒と熱交換する補助熱交換器と、
この補助熱交換器通過後の温度を検出する温度センサ
と、この温度センサで検出した温度に前記圧縮機の吸入
側における過熱度から得られる補正温度が補正されて求
められる凝縮温度に基づいて前記制御弁の開度を制御す
る制御部とを備えたことを特徴とする。
【0010】上記過熱度は、圧縮機の吸入側の温度を検
出する温度センサと、圧縮機の吸入側の低圧圧力を検出
する圧力センサを設けて、両センサの検出値から求める
ことができる。
【0011】
【作用】本発明では、圧縮機から吐出された混合冷媒の
一部はバイパス回路に流れ、補助熱交換器により圧縮機
の吸込側冷媒と熱交換されるので、温度センサが熱交換
後の温度(高飽和温度)を検知してその検知温度に圧縮
機の吸入側における過熱度から得られる補正温度が補正
されて求められる凝縮温度に基づいて制御部が制御弁の
開度を制御することによって、室内熱交換器に流れる冷
媒量を調節する。これにより、温度グライドを有する混
合冷媒を使用しても高圧の凝縮圧力が異常に上がり過ぎ
ないように保護し、あるいは高圧の凝縮圧力を一定にす
る。
【0012】即ち、凝縮器として作用する室内熱交換器
の凝縮温度を疑似的に圧縮機側で構成しているので、簡
易な構成で室内熱交換器の制御弁の開度を制御できる。
【0013】
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0015】図1は、本発明の冷凍装置の一例として、
冷房と暖房を行うヒートポンプ式空気調和機を示してい
る。空気調和機の冷媒回路は、室外熱交換器4、圧縮機
1、四方弁3、室内熱交換器7、電動膨張弁5,8、ア
キュムレータ19、レシーバ18等を冷媒管により接続
している。圧縮機1は四方弁3を介して室外熱交換器4
を接続するとともに、四方弁3により室内熱交換器7を
接続している。室内熱交換器7とレシーバ18の間に電
動膨張弁5を設け、室外熱交換器4とレシーバ18の間
に電動膨張弁8を設けている。
【0016】室外熱交換器4はファン4aを備え、室内
熱交換器7はファン7aを備え、それぞれ熱交換を促進
させている。
【0017】そして、圧縮機1の吐出管11から冷媒の
一部を迂回させるバイパス管OP2を備え、このバイパ
ス管OP2を含むバイパス回路(以下「高圧飽和温度生
成回路」という)25が形成されており、このバイパス
管OP2には補助熱交換器10が設けられている。この
高圧飽和温度生成回路25の詳細を図2に示す。
【0018】部分冷媒流路OP1は、圧縮器1の吐出管
11に接続されていて、部分冷媒流路OP1はバイパス
管OP2を介して部分冷媒流路OP3に接続されてい
る。部分冷媒流路OP3は、上述した補助熱交換器10
の外管であり、補助熱交換器10の内管15には低圧で
低温の吸い込み冷媒が流れ、これに対して補助熱交換器
10の部分冷媒流路OP3には圧縮機1から吐出された
高温の過熱冷媒の一部が流れる。これにより、部分冷媒
流路OP3を流れる高温の過熱冷媒が、内管15を流れ
る低温の吸込冷媒で冷却されて飽和蒸気になる。
【0019】部分冷媒流路OP3は、部分冷媒流路OP
4を介して部分冷媒流路OP5に接続されているととも
に、部分冷媒流路OP5は、部分冷媒流路OP1に接続
されている。
【0020】制御部100は、暖房運転の場合であって
室内熱交換器7が凝縮器として作用する場合に、温度セ
ンサS1により検出された凝縮温度aを、圧縮機1の吸
込温度から吸込圧力Pに対応するデューポイント(D.
P)を引いて得られる圧縮機1の吸込過熱度SHから求
まる温度の補正値ΔTにより補正して、凝縮温度bを求
めて、この凝縮温度bの大きさにより室内熱交換器7の
電動膨張弁5の開度を制御するようになっている。
【0021】また、制御部100は、冷房運転の場合で
あって室外熱交換器4が凝縮器として作用する場合に、
温度センサS1により検出した高圧飽和温度aを、圧縮
機1の吸込温度から凝縮圧力Pに対応するデューポイン
ト(D.P)を引いて得られる圧縮機1の吸込過熱度S
Hから求まる温度の補正値ΔTにより補正して、凝縮温
度bを求めて、この凝縮温度bの大きさにより室外熱交
換器4の電動膨張弁8の開度を制御するようになってい
る。
【0022】空気調和器の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とからなる非共沸混合冷
媒が用いられる。非共沸混合冷媒としては、たとえばR
134aを52Wt%、R125を25Wt%、R32
を23Wt%で混合した3種混合冷媒が用いられる。一
般に、R134aの沸点は−26°C、R125の沸点
は−48°C、R32の沸点は−52°Cである。この
ような組成比の3種混合冷媒では、一般的に、蒸発時に
は沸点の低いR32やR125から先に蒸発しやすく、
凝縮時には沸点の高いR134aから凝縮しやすいため
に、熱交換器内で組成比が変化して、図4に示すよう
に、温度グライドが生じる。すなわち、冷媒温度は、冷
房時に凝縮器として作用する室外熱交換器4や暖房時に
凝縮器として作用する室内熱交換器7の入口側が最も温
度が高く、出口側ほど温度が低くなる。従って、このよ
うな温度グライドを考慮した制御が望まれる。
【0023】次に、本実施例の作用を説明する。 (冷房運転時)図1に示す空気調和機の冷媒回路におい
ては、冷房サイクルでは、室外熱交換器4が凝縮器とし
て作用し、図1の四方弁3が実線で示すように位置し、
冷媒が圧縮機1から吐出され、四方弁3、室外熱交換器
4、電動膨張弁8、レシーバ18、電動膨張弁5、室内
熱交換器7、四方弁3、高圧飽和温度生成回路25の補
助熱交換器10の内管15、吸込管9、アキュムレータ
19、圧縮機1の順で循環される。 (暖房運転時)一方、暖房サイクルでは、室内熱交換器
7が凝縮器として作用し、図1の四方弁5が破線で示す
ように位置し、冷媒が圧縮機1、室内熱交換器7、電動
膨張弁5、レシーバ18、電動膨張弁8、室外熱交換器
4、四方弁3、高圧飽和温度生成回路25の補助熱交換
器10の内管15、吸込管9、アキュムレータ19、圧
縮機1の順で循環される。
【0024】冷房サイクルと暖房サイクルの場合に、圧
縮機1の運転時に、常時この圧縮機1か吐出された冷媒
の一部がこの圧縮機1の吸い込み管9へ戻すバイパス管
OP2に流れる際に内管15を流れる低温の吸い込み冷
媒で冷やされて高圧飽和蒸気になる。
【0025】冷媒として非共沸混合冷媒を用いるので、
温度センサS1により求めた凝縮温度aを検知して利用
するには、非共沸混合冷媒の特性である図4に示す温度
グライドを考慮する必要がある。
【0026】そのためには、高圧飽和温度生成回路25
により求めた凝縮温度aをそのまま凝縮温度bとして用
いるのではなく、凝縮温度aの値を何らかの方法で補正
する必要がある。
【0027】そこで、その凝縮温度aの値の補正方法と
して、図3に示すように、高圧飽和温度生成回路25の
補助熱交換器10の内管15を通る冷媒の過熱度(S
H)の値により対応して与えられる補正温度ΔTを基に
して補正する。
【0028】高圧飽和温度生成回路25は、温度グライ
ドによる影響だけでなく実際には高圧飽和温度生成回路
25の凝縮能力により影響もある。つまり、高圧飽和温
度生成回路25の内管15を通る低圧の冷媒が液状か二
相状かガス状かにより、かなり吐き出しガスを凝縮する
能力が変わってくる。圧縮機1の吸込過熱度SHが大き
くなると、吐き出し温度が高くなる。低圧側の冷媒の過
熱度SHにより、温度センサS1により検出された温度
aに補正を加える。
【0029】まず、図1の制御部100は、温度センサ
S1により検出された高圧飽和温度aを得る。
【0030】次に、圧縮機吸い込み過熱度SHを温度セ
ンサS2の温度Tと圧力センサPSの低圧圧力Pで求め
て、図3の特性直線から圧縮機1の吸込過熱度SHの値
から対応する補正温度ΔTを求める。制御部100は、
図3の補正温度ΔTの値から、次の(1)式により補正
された凝縮温度bを得る。
【0031】 b=ΔT−a (1) そこで、制御部100は、この得られた凝縮温度bの大
きさが基準の値より大きいと、凝縮圧力が上がり過ぎて
いると判断して、冷房時には室外熱交換器4の電動膨張
弁8を開け、暖房時には室内熱交換器7の電動膨張弁5
を開ける。
【0032】これに対して、制御部100は、この得ら
れた凝縮温度bの大きさが基準の値より小さいと、圧力
が下がり過ぎていると判断して、暖房時には室内熱交換
器7の電動膨張弁5を閉める。
【0033】このように、高圧飽和温度生成回路25に
より求めた高圧飽和温度aを、圧縮機の吸い込み側の過
熱度SHにより補正することにより凝縮bを求めること
ができ、凝縮圧力の異常な上昇を防いで、冷媒回路にお
ける冷媒制御をスムーズに行える。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧縮
機から吐出された混合冷媒の一部はバイパス回路に流
れ、補助熱交換器により圧縮機の吸込側冷媒と熱交換さ
れるので、温度センサが熱交換後の温度(高飽和温度)
を検知してその検知温度に圧縮機の吸入側における過熱
度から得られる補正温度が補正されて求められる凝縮温
に基づいて制御部が制御弁の開度を制御するので、温
度グライドを有する混合冷媒を使用しても室内熱交換器
の凝縮温度を擬似的に圧縮機側で構成し簡易な構成で
室内熱交換器の弁開度を制御できる。
【0035】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の空気調和機の冷媒回路を示す図であ
る。
【図2】図1の冷媒回路の高圧飽和温度生成回路の一部
を示す図である。
【図3】圧縮機吸い込み過熱度と、凝縮温度bを求める
ための補正値ΔTの関係を示す図である。
【図4】非共沸混合冷媒のモリエル線図における高圧飽
和温度の計測位置を示す図である。
【図5】単一冷媒のモリエル線図を概略的に示す図であ
る。
【符号の説明】
1 室外熱交換器(冷房時凝縮器) 2 室内熱交換器(暖房時凝縮器) 6 圧縮機 5、8 制御弁 9 吸込管 10 補助熱交換器 25 高圧飽和温度生成回路(バイパス回路) S1 温度センサ SH 低圧の冷媒の過熱度 a 温度センサにより検知された凝縮温度 b 補正後の凝縮温度 100 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志村 一廣 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 13/00 F25B 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共
    沸混合冷媒を、圧縮機、室内熱交換器、制御弁、室外熱
    交換器を環状に接続した冷媒回路に循環させてなる空気
    調和機において、 前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を迂回させて再び
    圧縮機の吐出側に戻すバイパス回路と、このバイパス回
    路に設けられ、圧縮機の吸入側冷媒と熱交換する補助熱
    交換器と、この補助熱交換器通過後の温度を検出する温
    度センサと、この温度センサで検出した温度に前記圧縮
    機の吸入側における過熱度から得られる補正温度が補正
    されて求められる凝縮温度に基づいて前記制御弁の開度
    を制御する制御部とを備えることを特徴とする空気調和
    機。
  2. 【請求項2】 前記圧縮機の吸入側の温度を検出する温
    度センサと、前記圧縮機の吸入側の低圧圧力を検出する
    圧力センサとを設け、前記制御部は両センサの検出値か
    ら前記過熱度を求めることを特徴とする請求項1に記載
    の空気調和機。
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