JPH0219392B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、冷凍サイクルの冷媒循環量を適正
に制御する冷媒流量制御装置を備えた空気調和装
置に関するものである。

〔従来技術〕

通常、冷凍サイクルでは、蒸発温度によつて適
正冷媒流量が異なり、蒸発温度が高くなるに伴な
い、大きな冷媒流量が必要であるが、冷凍サイク
ルの減圧装置としてキヤピラリチユーブを用いた
ものでは、その冷媒流量の調整巾が小さく、蒸発
温度が高いときには、冷媒流量が不足し、蒸発器
出口冷媒の過熱度が大きくなりすぎて、圧縮機の
温度が上昇したり、蒸発温度が低いときには、冷
媒流量が過大になつて圧縮機に液もどりを生じた
りすることがある。従つて、これらの問題点を解
決するために第１図に示すような冷凍サイクルが
考えられる。すなわち、第１図において、１００
は圧縮機、１０１は四方切換弁、１０２は外気と
熱交換する非利用側熱交換器、１０３は水と熱交
換する利用側熱交換器、１０４は非利用側及び利
用側熱交換器１０２，１０３の間に設けられた主
絞り装置、３は減圧装置で、第２図に示すよう
に、外管３１内に、例えばキヤピラリーチユーブ
を用いた主絞り部３２を嵌挿し、巻回している。
そして、主絞り部３２及び外管３１と主絞り部３
２との間の冷媒流通路３３を互いに、並列となる
ように入口管３５，３６及び出口管３７を設け、
この入口管３５，３６は、ドライヤ１１０の出口
に、また出口管３７は後述する第３及び第４の逆
止弁の入口に接続し、入口管３６に電気式膨張弁
３８を設けることにより構成したものである。１
０５，１０６はそれぞれ非利用側及び利用側熱交
換器１０２，１０３からドライヤ１１０へのみ流
通を許容する第１及び第２の逆止弁、１０７，１
０８は主絞り装置１０４の出口管３７から利用側
及び非利用側熱交換器１０３，１０２へのみ流通
を許容する第３及び第４の逆止弁である。

次に作用について説明する。まず、冷房運転時
の冷媒流れ方向を実線矢印にて示す。圧縮機１０
０より吐出された高温高圧の冷媒ガスは、四方弁
１０１を通り、非利用側熱交換器１０２にて、凝
縮液化し、第１の逆止弁１０５、ドライヤ１１０
を通り主絞り装置１０４に至る。そして減圧装置
３においては、非利用側熱交換器１０２から供給
された液冷媒は、ドライヤ１１０を通り入口管３
５より主絞り部３２を流通して、減圧され、第３
の逆止弁１０７を通り利用側熱交換器１０３で蒸
発して冷却作用をなす。また、非利用側熱交換器
１０２から供給された液冷媒の一部は、ドライヤ
１１０を通り電気式膨張弁３８で減圧され、冷媒
流通路３３内で蒸発して、主絞り部３２内を流通
する冷媒を冷却するので、主絞り部３２内の冷媒
流量は増大する。すなわち、主絞り部３２内で発
生している冷媒の２相流中のガス含有量が冷却量
が多くなるにしたがつて少なくなり、流体抵抗が
減少するためである。従つて、電気式膨張弁３８
の開度を調整すれば冷却量を変えることが出来る
ので、例えば利用側熱交換器１０３の出入口の温
度を検出し、利用側熱交換器１０３の出口温度が
その入口温度よりも常に少し高くなるように、電
気式膨張弁３８を制御すると、利用側熱交換器１
０３出口で冷媒が完全にガス化して、わずかに過
熱度がつき、常に適正な冷媒流量が冷凍サイクル
内を循環させることができる。ところで第３図に
示すように、冷凍負荷によつて、最適冷媒循環量
は変化する。第３図において、曲線ABは、冷凍
負荷に対する最適冷媒循環量を示す。曲線
ABB′によつて梱まれた範囲は電気式膨張弁３
８によつて確保される循環量及びAB′B″A′によ
つて梱まれた範囲は主絞り部３２によつて確保
される循環量を示す。しかしながら、上述した冷
凍サイクルでは主絞り部３２には、常に非利用側
熱交換器１０３からの液冷媒が流通しているの
で、たとえ電気式膨張弁３８を全閉したとしても
AA′で示される冷媒循環量が流通している。従つ
て、第３図におけるＡ点からＢ点における範囲で
最適冷媒循環量に制御されるが、さらに、冷凍負
荷の小さいＡ点からＣ点における範囲では、最適
冷媒循環量には制御できない問題点がある。

また、逆に冷凍負荷の大きいＢ点からＤ点にお
ける範囲では電気式膨張弁３８の制御範囲を越え
る為、最適冷媒循環量には制御できない問題点も
ある。

次に暖房運転時の冷媒流れ方向を第１図中の破
線矢印にて示す。圧縮機１００より吐出された高
温高圧の冷媒ガスは四方弁１０１を通り、利用側
熱交換器１０３にて凝縮液化し、第２の逆止弁１
０６、ドライヤ１１０を通り、主絞り装置１０４
に至る主絞り装置１０４の作用は上述の通りであ
り、減圧された冷媒は第４の逆止弁１０８を通
り、非利用側熱交換器１０２で蒸発し、四方弁１
０１を通り圧縮機１００に戻る。暖房運転時にお
いても冷房運転時同様最適冷媒循環量には制御出
来ない範囲が生じる。

〔発明の概要〕

この発明は、上記実情に鑑みなされたもので、
冷凍サイクルの冷凍負荷の変動幅が大きい空気調
和装置においても常に最適冷媒循環量を得ること
を目的とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を第４図及び第５図
に基づき説明する。第４図において、１００は圧
縮機、１０１は四方弁、１０２は外気と熱交換す
る非利用側熱交換器、１０３は水と熱交換する利
用側熱交換器１０４は非利用側及び利用側熱交換
器１０２，１０３の間に設けられた主絞り装置
で、第２図に示した減圧装置３とこの減圧装置の
入口管３５に設けられた電磁弁３９とから構成さ
れている。電気式膨張弁３８は外気温及び利用側
熱交換器１０３の出口水温を検出して演算し、こ
の演算値に応じて出力される信号により印加電圧
を決定する制御器（図示せず）により制御され
る。すなわち、電気式膨張弁３８に印加電圧によ
りその弁開度が決定されるものである。また、電
磁弁３９は冷房時は利用側熱交換器１０３の出口
側水温が、暖房時は外気温がそれぞれ所定値以下
のとき閉路し、所定値以上のときは開路される。
１０５，１０６はそれぞれ非利用側及び利用側熱
交換器１０２，１０３からドライヤー１１０への
み流通を許容する第１および第２の逆止弁、１０
７，１０８は主絞り装置１０４の出口管３７から
利用側及び非利用側熱交換器１０３，１０２への
み流通を許容する第３及び第４の逆止弁、１０９
はドライヤー１１０の出口と冷房時に利用側熱交
換器１０３の入口とに接続され、主絞り装置１０
４とは並列関係の冷房用補助キヤピラリーチユー
ブである。１１１はドライヤー１１０の出口と暖
房時に非利用側熱交換器１０２の入口とに接続さ
れ、主絞り装置１０４とは並列関係の暖房用補助
キヤピラリーチユーブである。

次に、作用について説明する。冷房時の冷媒流
れ方向を実線矢印にて示す。まず、冷房時の通常
負荷の場合について述べると、圧縮機１００より
吐出された高温高圧の冷媒ガスは非利用側熱交換
器１０２にて凝縮液化し、そして、この液化冷媒
は第１の逆止弁１０５及びドライヤー１１０を通
り、各々並列に配設された主絞り装置１０４の主
絞り部３１、電気式膨張弁３４、第３の逆止弁１
０７及び冷房用補助キヤピラリーチユーブ１０９
にて減圧され、利用側熱交換器１０３にて蒸発
し、四方弁１０１を通り圧縮機１００に戻る。こ
の場合の主絞り装置１０４及び冷房用補助キヤピ
ラリーチユーブ１０９の作動について第５図をも
とに説明する。第５図は最適冷媒循環量と冷凍負
荷の関係を示す図であり、冷房運転時において最
も負荷の小さいＣ点で最適冷媒循環量（Ｃ−C′）
が流れるように冷房用キヤピラリーチユーブ１０
９が選定されており、この場合電気式膨張弁３８
は全閉で、かつ電磁弁３９が閉の状態である。そ
して冷凍負荷が徐々に増加するに従い、最適冷媒
循環量も増加するため電気式膨張弁３８は、冷凍
負荷の増加に対し徐々に開度が大きくなる。この
場合の電気式膨張弁３８の開度は、利用側熱交換
器１０３の出口水温及び外気温により決定され
る。そして、電気式膨張弁３８の開度が最大の
点、すなわち図中、Ａ点で今度は電気式膨張弁３
８の開度を全閉とし、かつ電磁弁３９を開路す
る。従つて、この時点では、冷房用補助キヤピラ
リーチユーブ１０９と主絞り装置１０４の主絞り
部３２にて冷媒制御を行なう為、主絞り部３２の
キヤピラリーチユーブは冷媒循環量がＡ−A″と
なるように選定されている。更に冷凍負荷が増大
するに伴ない、電気式膨張弁３８の開度は全閉よ
り徐々に開路するので電気式膨張弁３８にて減圧
された液冷媒は、冷媒流通路３３を通り、主絞り
部３２内の冷媒と熱交換し蒸発する。また、主絞
り部３２内の冷媒は冷却されるので、主絞り部３
２内の冷媒流量は増大する。すなわち、主絞り部
３２内で発生している冷媒の２相流中のガス含有
量が、冷却量が増加するに従つて少なくなり、流
体抵抗が減少するためである。従つて電気式膨張
弁３８の開度を大きくするに従い、冷却量も更に
増大する。このように最大負荷（D′）に対する
最大最適冷媒循環量（Ｄ−D′）まで、従来方式
の最大最適冷媒循環量（Ｂ点）を越え、制御可能
である。

次に、暖房運転時について説明する。すなわ
ち、冷媒流れ方向は破線矢印にて示すとおりであ
り、圧縮機１００より吐出された高温高圧の冷媒
ガスは利用側熱交換器１０３にて凝縮液化し、第
２の逆止弁１０６及びドライヤー１１０を通り、
各々並列に配設された主絞り装置１０４の主絞り
部３２、電気式膨張弁３８、第４の逆止弁１０８
及び暖房用補助キヤピラリーチユーブ１１１にて
減圧され、非利用側熱交換器１０２にて蒸発し、
四方弁１０１を通り圧縮機１００に戻る。この場
合、主絞り装置１０４及び暖房用補助キヤピラリ
ーチユーブ１１１の作動は冷房運転と同様、暖房
負荷の増大に伴ない、最適冷媒循環量が確保出来
るように、暖房用補助キヤピラリーチユーブ１１
１が選定され、電気式膨張弁３８が弁開度を決定
し、かつ電磁弁３９の開閉機能が付加される。

すなわち、第５図において、冷凍負荷が比較的
小さいC′−A′の範囲においては、ACA″で梱まれ
る部は電気式膨張弁３８にて冷媒循環量を確保
する範囲であり、A″CC′A′で梱まれる′部は補
助キヤピラリーチユーブ１０９，１１１にて冷媒
循環量を確保する範囲である。また冷凍負荷の大
きいA′−D′の範囲においてはDADで梱まれる
部は電気式膨張弁３８にて冷媒循環量を確保
し、ＤAA″D″で梱まれる′部は主絞り部３２
にて冷媒循環量を確保し、D″A″A′D′で梱まれる
″部は補助キヤピラリーチユーブ１０９，１１
１にて冷媒循環量を確保する範囲である。

次にデフロスト運転時について説明する。この
場合、冷房運転時と同じ冷媒流れ（流れ方向を実
線矢印にて示す）となるが、特にデフロスト運転
時は高低圧力差が小さい為、最適冷媒循環量が確
保されない。従つて、デフロスト信号検知後は電
気式膨張弁３８を全開とし、電磁弁３９を開路の
状態で運転し、デフロスト時間の短縮を計るよう
に制御される。

〔発明の効果〕

以上のように構成されているので、冷凍負荷の
小さい運転状態から、冷凍負荷の大きい状態まで
電磁弁の開閉、及び電気式膨張弁の開度調整によ
り、全範囲で最適冷媒循環量を確保することが出
来、比較的簡単な制御で、巾広い運転範囲を最適
制御出来る。従つて空気調和装置の性能向上及び
信頼性向上を計ることが出来る。

また、デフロスト時には電気式膨張弁を全開
し、電磁弁を開路することによりデフロスト特性
の向上を計ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例を示す冷媒サイクル図、第２
図は減圧装置の構成を示す構成図、第３図は従来
例を示す、冷凍負荷と最適冷媒循環量との関係
図、第４図は本発明の一実施例を示す冷凍サイク
ル図、第５図は本発明の一実施例を示す冷凍負荷
と最適冷媒循環量との関係図である。 図中、３は主絞り部、３８は電気式膨張弁、３
９は電磁弁、１００は圧縮機、１０１は四方弁、
１０２は非利用側熱交換器、１０３は利用側熱交
換器、１０４は主絞り装置、１０５，１０６，１
０７，１０８は第１、第２、第３、第４の逆止
弁、１０９は冷房用補助キヤピラリーチユーブ、
１１１は暖房用補助キヤピラリーチユーブであ
る。なお、図中、同一符号は同一または相当部分
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電磁弁とこの電磁弁を経て流通する非利用側
   あるいは利用側熱交換器からの液冷媒を減圧する
   主絞り部と上記電磁弁および主絞り装置と並列に
   設けられ、上記非利用側あるいは利用側熱交換器
   からの冷媒の一部により上記主絞り部を冷却する
   と共に上記主絞り部を流通する冷媒と合流するよ
   うに配設されたバイパス路とヒートポンプの運転
   状態により上記バイパス路の冷媒流量を加減に上
   記主絞り部の冷却量をかえる膨脹弁とからなる冷
   媒流量制御装置、この冷媒流量制御装置の入口側
   および出口側に設けられ冷房時は非利用側熱交換
   器からの冷媒を上記冷媒流量制御装置を介して上
   記利用側熱交換器へ流通させる第１および第２の
   逆止弁、上記冷媒流量制御装置の入口側および出
   口側に設けられ、暖房時は上記利用側熱交換器か
   らの冷媒を上記冷媒流量制御装置を介して上記非
   利用側熱交換器へ流通させる第３および第４の逆
   止弁、上記電磁弁の入口側と第２の逆止弁の出口
   側とに連通する冷房用補助絞り部、上記電磁弁の
   入口側と第４の逆止弁の出口側とに連通する暖房
   用補助絞り部、ならびに上記冷暖房およびデフロ
   スト運転時に上記ヒートポンプサイクルの冷媒流
   通方向を逆方向に切換える四方切換弁を備え、上
   記冷房および暖房時の上記利用側熱交換器の負荷
   が小さいとき、上記電磁弁を閉路し、上記非利用
   側熱交換器のデフロスト時に上記電磁弁を開路す
   るようにしたことを特徴とするヒートポンプ式冷
   暖房装置。