JP3257044B2

JP3257044B2 - インジェクション式冷凍装置

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Publication number: JP3257044B2
Application number: JP18842792A
Authority: JP
Inventors: 一雄徳島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 2002-02-18
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JPH0634206A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気液分離器内のガス冷
媒を、冷媒蒸発器を迂回させて直接冷媒圧縮機に吸引さ
せ、液冷媒のみを冷媒蒸発器に導く冷凍サイクルを用い
たインジェクション式冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術のインジェクション式冷凍装置
として、例えば特開平３−１０２１４０号公報に開示さ
れる技術が知られている。この技術は、冷凍サイクル
は、冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、第１減圧装置、気液分離
器、第２減圧装置および冷媒蒸発器を順次接続するとと
もに、気液分離器のガス冷媒側と冷媒圧縮機の吸入側と
を接続し、第２減圧装置および冷媒蒸発器を迂回するバ
イパス路を備える。そして、このバイパス路に、バイパ
ス路の開閉を行う開閉手段を設けるとともに、開閉手段
を間欠的に開閉制御する制御装置を設けたものである。
気液分離器内に蓄えられた液冷媒の減少速度は、冷媒圧
縮機の回転速度や使用温度条件等によって変化する。こ
のため、開閉手段の開閉タイミングを適切に制御するに
は、冷媒圧縮機の回転速度や、冷凍サイクル各部の圧
力、および各部の温度条件を検出し、検出結果によって
適切な開閉時間を算出し、算出結果に応じて開閉手段の
開閉タイミングを変化させる必要がある。しかるに、各
種温度や各種圧力等を検出し、検出結果に応じて開閉手
段を制御するものは、センサ類が多数必要になり、実用
化に向かず、また制御パターンが複雑化し応答性も悪く
なる。そこで、通常では、冷媒蒸発器の配された例えば
庫内温度に応じて設定された開閉タイミングによって開
閉手段の開閉タイミングを変化させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の技術
では、図６に示すように、気液分離器内の液量が実線Ａ
に示すように低下した際、検出される温度（例えば冷媒
蒸発器温度）や圧力（例えば低圧圧力）温度は、実線Ｂ
およびＣに示すように、検出結果に遅れ時間が生じる。
このため、開閉手段を適切な時期に制御することができ
ず、インジェクション式冷凍装置による冷却能力を十分
に発揮することができなかった。特に、庫内温度を検出
して開閉タイミングを変化させた例に示したように、少
ない検出手段で開閉手段を制御するものは、気液分離器
内の液冷媒量の検出誤差が大変大きくなり、冷却能力を
十分発揮することができず、低い冷却能力となってい
た。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、少ない検出手段で、開閉手段を適
切な開閉タイミングで開閉制御することのできるインジ
ェクション式冷凍装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のインジェクショ
ン式冷凍装置は、次の技術的手段を採用した。インジェ
クション式冷凍装置は、冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、第１
減圧装置、気液分離器、第２減圧装置および冷媒蒸発器
を順次接続するとともに、前記気液分離器のガス冷媒側
と前記冷媒圧縮機の吸入側とを接続し、前記第２減圧装
置および前記冷媒蒸発器を迂回するバイパス路を備える
冷凍サイクルと、前記バイパス路の開閉を行う開閉手段
と、この開閉手段を開閉制御する制御装置とを備える。
そして、前記制御装置は、前記気液分離器内の上側の位
置がガス冷媒か液冷媒かを検出する第１液面センサと、
前記気液分離器内の下側の位置がガス冷媒か液冷媒かを
検出する第２液面センサとを備え、前記第１液面センサ
および前記第２液面センサによって検出される前記気液
分離器内の液量に応じて、前記開閉手段の開閉制御を行
う。

【０００６】

【発明の作用】上記構成よりなるインジェクション式冷
凍装置は、気液分離器内の液面が低下し、第１液面セン
サがガス冷媒を検出すると、制御装置が開閉手段を開
く。すると、冷媒圧縮機が気液分離器内のガス冷媒を吸
引して、圧縮、吐出し、冷媒凝縮器で凝縮された液冷媒
が気液分離器内に蓄えられる。気液分離器内の液面が上
昇し、第２液面センサが液冷媒を検出すると、制御装置
が開閉手段を閉じる。気液分離器内に蓄えられた液冷媒
が冷媒蒸発器に導かれ、蒸発する。そして、気液分離器
内の液面が低下して、再び第１液面センサがガス冷媒を
検出すると、開閉手段が開かれ、上記のサイクルを繰り
返す。

【０００７】

【発明の効果】本発明のインジェクション式冷凍装置
は、上記の作用で示したように、第１、第２液面センサ
によって、気液分離器内の液量を適切に検出することが
できるため、開閉手段を適切な開閉タイミングで開閉制
御することができる。そして、開閉手段が適切な開閉タ
イミングで開閉制御されることにより、インジェクショ
ン式の冷凍サイクルの無駄な運転がなくなり、結果的に
冷凍能力を従来に比較して高めることができる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明のインジェクション式冷凍装置
を、図に示す一実施例に基づき説明する。〔第１実施例の構成〕図１ないし図６は本発明の第１実
施例を示すもので、図１は冷凍サイクルの冷媒回路図で
ある。インジェクション式冷凍装置は、例えば冷蔵装置
や冷凍装置に組み込まれるもので、庫内を冷却する冷凍
サイクル１を備える。冷凍サイクル１は、冷媒圧縮機
２、冷媒凝縮器３、第１減圧装置４、気液分離器５、第
２減圧装置６、および冷媒蒸発器７を冷媒配管８にて、
順次接続している。また、この冷凍サイクル１には、気
液分離器５のガス冷媒側と冷媒圧縮機２の吸入側とを接
続し、第２減圧装置６と冷媒蒸発器７を迂回するバイパ
ス路９が設けられている。

【０００９】冷媒圧縮機２は、電磁クラッチ１０がONさ
れると、図示しない内燃機関によって回転駆動され、気
液分離器５または冷媒蒸発器７から吸引したガス冷媒を
圧縮し、高温、高圧のガス冷媒として冷媒凝縮器３へ向
けて吐出するものである。冷媒凝縮器３は、冷媒圧縮機
２から供給された高温、高圧のガス冷媒を、電動ファン
１１によって生じる空気流と熱交換して冷却し、液化凝
縮させるものである。第１減圧装置４は、冷媒凝縮器３
で液化された冷媒を減圧して、気液分離器５内に蓄えら
れる液冷媒を安定させるもので、オリフィスやノズル等
の固定絞りによって構成される。なお、冷媒凝縮器３か
ら第１減圧装置４へ冷媒を導く冷媒配管８には、この冷
媒配管８を開閉する第１電磁弁１２が設けられている。
この第１電磁弁１２は、通電を受けると開弁するバルブ
で、後述する制御装置１７によって通電制御される。

【００１０】気液分離器５は、第１減圧装置４で減圧さ
れた冷媒を、ガス冷媒と、液冷媒とに分離し、液冷媒を
蓄えるもので、ガス冷媒は直接冷媒圧縮機２の吸入側に
戻し、液冷媒を第２減圧装置６を介して冷媒蒸発器７へ
送るものである。第２減圧装置６は、気液分離器５の液
冷媒側に接続され、気液分離器５から導かれる液冷媒を
断熱膨張する。この第２減圧装置６には、通常、温度作
動式膨張弁が用いられる。なお、気液分離器５から第２
減圧装置６へ冷媒を導く冷媒配管８には、この冷媒配管
８を開閉する第２電磁弁１３が設けられている。この第
２電磁弁１３は、第１電磁弁１２が開弁する際に閉弁
し、第１電磁弁１２が閉弁する際に開弁するバルブで、
通電を受けると開弁し、後述する制御装置１７によって
通電制御される。

【００１１】冷媒蒸発器７は、第２減圧装置６で減圧さ
れた冷媒を、電動ファン１４によって生じる空気流から
潜熱を奪って蒸発させ、冷媒蒸発器７を通過した空気を
冷却するものである。なお、冷媒蒸発器７の下流には、
バイパス路９を通過した冷媒が、冷媒蒸発器７に逆流す
るのを防ぐ逆止弁１５が設けられている。バイパス路９
は、気液分離器５内のガス冷媒を直接冷媒圧縮機２へ導
くもので、このバイパス路９には、バイパス路９を開閉
する第３電磁弁１６が設けられている。この第３電磁弁
１６は、本発明の開閉手段で、第１電磁弁１２が開弁す
る際に開弁し、第１電磁弁１２が閉弁する際に閉弁する
バルブで、通電を受けると開弁し、後述する制御装置１
７によって通電制御される。

【００１２】電磁クラッチ１０、２つの電動ファン１
１、１４、および第１、第２、第３電磁弁１２、１３、
１６等の電気部品の通電制御は、制御装置１７によって
行われる。制御装置１７は、例えばマイクロコンピュー
タを用いたもので、図２に示すように、運転スイッチ１
８、庫内温度設定手段１９の温度設定状態、および庫内
温度を検出する庫内温度センサ２０の出力に応じて、電
磁クラッチ１０、２つの電動ファン１１、１４の通電制
御を行う。また、制御装置１７は、気液分離器５内の液
量を検出するために、気液分離器５の上側位置に設けら
れ、設けられた位置の気液分離器５内の冷媒の状態がガ
スか液かの判断を行う第１液面センサ２１と、気液分離
器５の下側位置に設けられ、設けられた位置の気液分離
器５内の冷媒の状態がガスか液かの判断を行う第２液面
センサ２２とを備え、この第１、第２液面センサ２１、
２２の検出結果に応じて、第１、第２、第３電磁弁１
２、１３、１６の開閉制御を行うものである。なお、第
１、第２液面センサ２１、２２は、本発明の気液分離器
５内の液量を検出するための液センサに相当する。第
１、第２液面センサ２１、２２の具体的な一例を示す
と、フロートセンサや、自己発熱型サーミスタセンサ等
がある。

【００１３】制御装置１７による、第１、第２、第３電
磁弁１２、１３、１６の開閉制御を、図３のフローチャ
ートを用いて説明する。初めに、第２液面センサ２２の
検出位置は液冷媒か否かの判断を行う（ステップＳ1
）。この判断結果がYES の場合は、第１、第３電磁弁
１２、１６をOFF （閉）、第２電磁弁１３をON（開）す
る（ステップＳ2 ）。また、ステップＳ1 の判断結果が
NOの場合は、気液分離器５内の液量が、液冷媒の補充時
期に達したと判断し、第１、第３電磁弁１２、１６をON
（開）、第２電磁弁１３をOFF （閉）する（ステップＳ
3 ）。続いて、第１液面センサ２１の検出結果が液か否
かの判断を行う（ステップＳ4 ）。この判断結果がNOの
場合はステップＳ3 へ戻り、YES の場合はステップＳ2
へ進む。

【００１４】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を、図４の気液分離器５内の状態を示す説明図、図５の
タイムチャートを基に説明する。運転スイッチがONし、
庫内温度が設定温度以上に上昇すると、電磁クラッチ１
０がONするとともに、２つの電動ファン１１、１４がON
する。この時、図４の（ａ）に示すように、気液分離器
５内の液面が、第１液面センサ２１と同じか越えている
場合、図５の（ａ−１）に示すように、第１液面センサ
２１は液を検出する。第１液面センサ２１が液を検出す
る際は、第１、第２液面センサ２１、２２が共にガスを
検出するまで、第１、第３電磁弁１２、１６をOFF し、
第２電磁弁１３をONする。これによって、冷凍サイクル
１は、気液分離器５内の液冷媒を冷媒蒸発器７へ流し、
庫内を冷却する。気液分離器５内の液冷媒が冷媒蒸発器
７に導かれて、気液分離器５内の液量が低下する。そし
て、図４（ｂ）に示すように、気液分離器５内の液面
が、第１液面センサ２１より低下するが、第２液面セン
サ２２よりも高い場合は、図５の（ｂ−１）に示すよう
に、第２液面センサ２２が液を検出し、上述したよう
に、第１、第２液面センサ２１、２２が共にガスを検出
するまで、第１、第３電磁弁１２、１６をOFF し、第２
電磁弁１３をONする。これによって、冷凍サイクル１
は、気液分離器５内の液冷媒を冷媒蒸発器７へ流し、庫
内を冷却する。さらに、気液分離器５内の液量が低下
し、図４（ｃ）に示すように、気液分離器５内の液面
が、第２液面センサ２２より低下すると、図５の（ｃ−
１）に示すように、第１、第２液面センサ２１、２２が
共にガスを検出する。すると、図５（ｄ−１）に示すよ
うに、第１、第３電磁弁１２、１６をONし、第２電磁弁
１３をOFF する。これによって、冷凍サイクル１は、冷
媒凝縮器３で凝縮した冷媒を、図４の（ｄ）に示すよう
に、気液分離器５に供給し、気液分離器５内のガス冷媒
を冷媒圧縮機２へ直接供給する。そして、気液分離器５
内の液面が上昇し、図４（ｅ）に示すように、気液分離
器５内の液面が、第１液面センサ２１に達すると、図５
の（ｅ−１）に示すように、第１、第３電磁弁１２、１
６をOFF し、第２電磁弁１３をONする。その後、上記サ
イクル１を繰り返して、第１、第２、第３電磁弁１２、
１３、１６が制御され、結果的に、気液分離器５内の液
量が適量に制御される。なお、図６に示すように、気液
分離器５内の液量が実線Ａに示すように変化した場合、
第２液面センサ２２で検出される気液分離器５内の液量
の応答速度は、実線Ｄに示すように、検出遅れがほとん
ど生じない。

【００１５】〔実施例の効果〕本実施例のインジェクシ
ョン式冷凍装置は、上記の作用で示したように、第１、
第２液面センサ２１、２２によって、気液分離器５内の
液量を応答性良く検出することができる。このため、簡
単な制御で、第１、第２、第３電磁弁１２、１３、１６
を適切な開閉タイミングで開閉制御することができる。
そして、第１、第２、第３電磁弁１２、１３、１６が適
切な開閉タイミングで開閉制御されることにより、冷凍
サイクル１の無駄な運転がなくなり、結果的に冷凍能力
を従来に比較して高めることができる。また、気液分離
器５内の液量を検出するための検出手段が第１、第２液
面センサ２１、２２ですむため、コストを低く抑えるこ
とができる。

【００１６】〔第２実施例〕図７は第２実施例を示す制
御装置１７の要部の電気回路図である。本実施例は、制
御装置１７にマイクロコンピュータを使用することな
く、ディスクリートの回路によって、第１、第２、第３
電磁弁１２、１３、１６（図１参照）を通電制御するも
のである。本実施例は、第１、第２液面センサ２１、２
２に、自己発熱型サーミスタを用いたもので、第１、第
２液面センサ２１、２２には、それぞれ検出されるガス
−液の状態に応じて出力を切り換える第１、第２出力装
置２３、２４が接続されている。第１、第２出力装置２
３、２４は、チャタリングを防ぐために、それぞれＲ−
Ｓフィリップフロップ２５、２６へ接続されている。チ
ャタリング防止用のＲ−Ｓフィリップフロップ２５、２
６の出力は、判定回路を構成する入力が反転されたアン
ド回路２７と、通常のアンド回路２８に入力される。入
力が反転されたアンド回路２７は、第１、第２液面セン
サ２１、２２がともにガスを検出する際に、Hiの信号を
出力し、通常のアンド回路２８は、第１、第２液面セン
サ２１、２２がともに液を検出する際に、Hiの信号を出
力する。そして、入力が反転されたアンド回路２７の出
力は、信号を保持するためのＲ−Ｓフィリップフロップ
２９の入力端子（Ｓ端子）に出力され、通常のアンド回
路２８の出力は、リセット端子（Ｒ端子）に出力され
る。そして、図示しないリレー回路を用いて、Ｒ−Ｓフ
ィリップフロップ２９の出力端子（Ｑ端子）の出力がHi
の時、その出力によって、第１、第３電磁弁１２、１６
をON、第２電磁弁１３をOFF し、リセット信号を受けて
出力がLow に反転すると、第１、第３電磁弁１２、１６
をOFF 、第２電磁弁１３をONするものである。

【００１７】〔変形例〕２つ以上の液面センサを気液分離器に設け、その液面の
低下速度や上昇速度に応じて、開閉手段の開閉タイミン
グを変化させても良い。冷蔵装置や冷凍装置に適用した
例を示したが、冷房装置に適用しても良い。また、本発
明をヒートポンプサイクルに適用しても良い。さらに、
冷媒圧縮機を内燃機関によって駆動させた例を示した
が、電動モータによって駆動させても良い。開閉手段
（第３電磁弁）に連動する第１、第２開閉弁を設けた例
を示したが、少なくともバイパス路に開閉手段を備える
インジェクション式の冷凍サイクルであれば、適用可能
なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷凍サイクルの冷媒回路図である（第１実施
例）。

【図２】制御装置のブロック図である（第１実施例）。

【図３】開閉手段を制御する制御装置のフローチャート
である（第１実施例）。

【図４】気液分離器内の状態を示した作動説明図である
（第１実施例）。

【図５】作動説明のためのタイムチャートである（第１
実施例）。

【図６】センサの応答性を示すタイムチャートである
（第１実施例）。

【図７】開閉手段を制御する制御装置の電気回路図であ
る（第２実施例）。

【符号の説明】

１冷凍サイクル２冷媒圧縮機３冷媒凝縮器４第１減圧装置５気液分離器６第２減圧装置７冷媒蒸発器９バイパス路１６第３電磁弁（開閉手段）１７制御装置２１第１液面センサ（液センサ）２２第２液面センサ（液センサ）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、第１減圧装
置、気液分離器、第２減圧装置および冷媒蒸発器を順次
接続するとともに、前記気液分離器のガス冷媒側と前記
冷媒圧縮機の吸入側とを接続し、前記第２減圧装置およ
び前記冷媒蒸発器を迂回するバイパス路を備える冷凍サ
イクルと、前記バイパス路の開閉を行う開閉手段と、この開閉手段を開閉制御する制御装置とを備えるインジ
ェクション式冷凍装置において、前記制御装置は、前記気液分離器内の上側の位置がガス冷媒か液冷媒かを
検出する第１液面センサと、前記気液分離器内の下側の位置がガス冷媒か液冷媒かを
検出する第２液面センサとを備え、前記第１液面センサおよび前記第２液面センサによって
検出される前記気液分離器内の液量に応じて、前記開閉
手段の開閉制御を行うことを特徴とするインジェクショ
ン式冷凍装置。