JPH04363552A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば冷媒凝縮器の下流側に
一定容量のスーパークーラを取り付けて冷媒凝縮器から
流出した冷媒をそのスーパークーラで過冷却したり、冷
媒凝縮器の下流側に流量を調節する固定絞りを取り付け
て冷媒凝縮器内で過冷却したりすることによって、冷房
能力や効率｛＝（冷房能力）／（冷媒圧縮機動力）｝を
向上した冷凍サイクルが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の冷凍
サイクルにおいては、一定容量のスーパークーラや固定
絞りにより冷凍サイクルの過冷却量（以下サブクール量
と呼ぶ）を制御しているので、ある冷凍サイクルの運転
条件下、例えば冷媒圧縮機の特定の回転速度に対して最
適なサブクール量が一義的に決まっている。このため、
負荷変動等により冷媒圧縮機の回転速度が特定の回転速
度から変動した場合、その変化した回転速度の最適なサ
ブクール量から外れてしまう。

【０００４】すなわち、冷媒圧縮機の回転速度が例えば
１８００　ｒｐｍである時のサブクール量を最適な値と
なるように設計した場合に、図５のグラフに破線で示し
たように、冷媒圧縮機の回転速度が８００　ｒｐｍに減
少すると、冷媒の高圧側圧力、つまり冷媒の凝縮圧力か
ら求められる最適なサブクール量（図５のグラフに一点
鎖線で示されている）より減少してしまう。また、冷媒
圧縮機の回転速度が２５００　ｒｐｍに上昇すると、冷
媒の凝縮圧力から求められる最適なサブクール量より増
加してしまう。

【０００５】したがって、従来の冷凍サイクルは、冷媒
圧縮機の回転速度の変動を始めとしてあらゆる冷凍サイ
クルの運転条件下において最高効率および最高冷房能力
を得ることができず、冷凍サイクルの高効率化を図れな
いという課題があった。本発明は、あらゆる運転条件下
において最高効率および最高空調能力を得ることによっ
て、高効率化が図れる冷凍サイクルの提供を目的とする
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、冷媒ガスを圧
縮して、高温高圧の冷媒ガスを吐出する冷媒圧縮機と、
この冷媒圧縮機から吐出された冷媒ガスを凝縮させて液
化する冷媒凝縮器と、冷媒の流量を調整する流量調整手
段と、冷媒の高圧側圧力を検出する圧力検出手段を有し
、前記冷媒の高圧側圧力から最適なサブクール量を求め
、この最適なサブクール量に基づいて前記流量調整手段
を制御する制御手段とを備えた技術手段を採用した。

【０００７】

【作用】本発明は、あらゆる冷凍サイクルの運転条件下
であっても、冷凍サイクルの運転条件の変動に応じて増
減する冷媒の高圧側圧力から求めた最適なサブクール量
に基づいて流量調整手段を制御する。よって、冷凍サイ
クル内の循環流量が調節されることにより冷媒凝縮器に
おける最適なサブクール量となるので、あらゆる冷凍サ
イクルの運転条件下において最高効率および最高空調能
力が得られる。

【０００８】

【実施例】本発明の冷凍サイクルを図１ないし図６に示
す実施例に基づき説明する。図１ないし図５は本発明の
第１実施例を示した図である。図１はレシーバサイクル
の冷凍サイクルを示した図である。

【０００９】冷凍サイクル１は、レシーバサイクルで、
冷媒圧縮機２、冷媒凝縮器３、可変絞り弁４、レシーバ
５、膨張弁６、冷媒蒸発器７、およびこれらを環状に接
続する冷媒配管８を備える。

【００１０】冷媒圧縮機２は、内燃機関または電動モー
タ（いずれも図示せず）により回転駆動され、冷媒蒸発
器７から内部に吸引した冷媒ガスを圧縮して、高温高圧
の冷媒ガスを冷媒凝縮器３に向けて吐出する。

【００１１】冷媒凝縮器３は、冷媒圧縮機２から内部に
流入した冷媒ガスを、外部を通過する空気と熱交換させ
ることによって凝縮液化して、低温高圧の液冷媒を可変
絞り弁４に向けて流出する。

【００１２】可変絞り弁４は、本発明の流量調整手段で
あって、後記するコンピュータ９により通電量を制御さ
れて内部の冷媒通路（図示せず）の開口度合を変化させ
ることによって、冷凍サイクル１内の冷媒の循環流量を
調整する。

【００１３】レシーバ５は、冷媒ガスと液冷媒とを分離
して、液冷媒のみ膨張弁６に送る。膨張弁６は、内部に
流入した液冷媒を減圧して、低温低圧の霧状冷媒を冷媒
蒸発器７に向けて送る。

【００１４】冷媒蒸発器７は、膨張弁６から内部に流入
した霧状冷媒を、外部を通過する空気と熱交換させるこ
とによって蒸発気化して、低温低圧の液冷媒を冷媒圧縮
機２に向けて流出する。

【００１５】コンピュータ９は、本発明の制御手段であ
って、圧力センサ１０の検出値に基づいてサブクール量
の最適な値（目標値）を求め、温度センサ１１の検出値
に基づいて現在のサブクール量の値（現在値）を求める
とともに、サブクール量の最適な値と現在のサブクール
量の値との差に基づいて可変絞り弁４の通電量を制御す
ることによって、冷凍サイクル１のサブクール量を最適
な値に設定する。

【００１６】圧力センサ１０は、本発明の圧力検出手段
であって、冷媒凝縮器３の出口部付近の冷媒配管８に取
り付けられ、冷凍サイクル１の高圧側の圧力、すなわち
、凝縮圧力を検出するものである。温度センサ１１は、
圧力センサ１０に隣設した冷媒配管８に取り付けられ、
冷媒凝縮器３の出口部付近における冷媒の温度を検出す
るものである。

【００１７】図２はこのコンピュータ９の基本的な作動
を示したフローチャートである。まず、圧力センサ１０
で検出された冷媒の凝縮圧力を読み込み（ステップＳ１
）、その凝縮圧力からサブクール量の目標値（Ｘ）を求
める（ステップＳ２）。つぎに、温度センサ１１で検出
された冷媒の温度を読み込み（ステップＳ３）、その冷
媒の温度からサブクール量の現在値（Ｙ）を求める（ス
テップＳ４）。

【００１８】そして、サブクール量の目標値（Ｘ）と現
在値（Ｙ）との差を求める。すなわち、Ｘ−Ｙを求める
（ステップＳ５）。Ｘ−Ｙが０より大きいか否かを判定
する。すなわち、Ｘ−Ｙ＞０であるか否かを判定する（
ステップＳ６）。Ｘ−Ｙ＞０である（Ｙｅｓ）時、可変
絞り弁４の通電量を制御して可変絞り弁４の冷媒通路の
開口度合を増加させる（ステップＳ７）。その後に、リ
ターンする。

【００１９】ステップＳ６において、Ｘ−Ｙ＞０ではな
い（Ｎｏ）時、Ｘ−Ｙが０より小さいか否かを判定する
。すなわち、Ｘ−Ｙ＜０であるか否かを判定する（ステ
ップＳ８）。Ｘ−Ｙ＜０である（Ｙｅｓ）時、可変絞り
弁４の通電量を制御して可変絞り弁４の冷媒通路の開口
度合を減少させる（ステップＳ９）。その後に、リター
ンする。ステップＳ８において、Ｘ−Ｙ＜０ではない（
Ｎｏ）時、リターンする。

【００２０】この冷凍サイクル１の作用を図１、図３な
いし図５に基づき説明する。ここで、図３は冷媒圧縮機
２の回転速度が１８００　ｒｐｍのときの図１における
冷凍サイクル１の冷媒の状態をモリエル線図上に描いた
もので、図１の冷凍サイクル１上のａ〜ｄの冷媒の状態
が図３のモリエル線上のａ〜ｄに対応する。

【００２１】また、図４は冷媒圧縮機２の回転速度が８
００　ｒｐｍのときの図１における冷凍サイクル１の冷
媒の状態をモリエル線図上に描いたもので、図１の冷凍
サイクル１上のａ〜ｄの冷媒の状態が図４のモリエル線
上のａ〜ｄに対応する。

【００２２】冷媒圧縮機２で圧縮されて高温高圧となっ
た冷媒ガス（状態点ｂ）は冷媒凝縮器３で凝縮液化され
た後（状態点ｃ）、可変絞り弁４を通ってレシーバ５内
に流入して、冷媒ガスと液冷媒とに分離する。その後、
レシーバ５内の液冷媒は、冷媒圧縮機２の吸引力によっ
て膨張弁６に送られる。

【００２３】そして、膨張弁６内に入った冷媒は、膨張
弁６を通過する際に減圧され状態点ｄとなり、冷媒蒸発
器７に送られる。冷媒蒸発器７に流入した冷媒は、蒸発
して状態点ａとなり冷媒圧縮機２の吸引力によって冷媒
圧縮機２に吸引される。

【００２４】ここで、例えば内燃機関や電動モータの負
荷が変動して、冷凍サイクル１の運転条件、すなわち、
冷媒圧縮機２の回転速度が例えば１８００　ｒｐｍから
１４００ｒｐｍを経て８００　ｒｐｍに低下した場合を
考えてみると、図５のグラフに一点鎖線および実線で示
したように、サブクール量の最適な値に対して各々の回
転速度における冷房能力比でピーク値を持つことが確認
できる。

【００２５】なお、図５のグラフから、各々の回転速度
におけるサブクール量の最適な値２２．５、２０．０、
１２．０に対して凝縮圧力が一義的に求まるため、凝縮
圧力が決まるとサブクール量の最適な値も決まることも
確認できる。

【００２６】したがって、この実施例のように、圧力セ
ンサ１０で凝縮圧力Ｐを検出して、その凝縮圧力Ｐから
サブクール量の最適な値となる目標値Ｘを求め、さらに
温度センサ１１で冷媒凝縮器３の出口付近における冷媒
の温度Ｔを検出して、その冷媒の温度Ｔからサブクール
量の現在値Ｙを求めて、さらに目標値（Ｘ）と現在値（
Ｙ）との差に基づいて可変絞り弁４の開口度合を制御す
ることによって、冷媒圧縮機２の回転速度が負荷変動等
により変化しても、各々の回転速度に応じて最適なサブ
クール量に設定することができる。

【００２７】ここで、従来技術のように、一定容量のス
ーパークーラや固定絞りによるサブクール量制御では、
例えば冷媒圧縮機２の回転速度が１８００　ｒｐｍにお
いて最適なサブクール量となるように設計した場合、図
３のモリエル線図に示したように、本発明と同様な効果
となる。しかし、冷媒圧縮機２の回転速度が８００　ｒ
ｐｍとなると、従来技術では、最適なサブクール量とな
らず、図４のモリエル線図に示したように、ａ、ｂ、ｃ
１　、ｄ１　となる。

【００２８】本発明のものは、前述のサブクール量制御
により、ａ、ｂ、ｃ、ｄとなり、サブクール量（図４に
Ｓで示した）が増加するため、冷房能力および効率がと
もに従来技術と比較して向上する。したがって、従来技
術ではある１つの条件下（例えば冷媒圧縮機２の回転速
度が１８００　ｒｐｍ）においてのみ最適なサブクール
量となっていたものに対して、本発明によるサブクール
量の制御方法では、冷媒圧縮機１の回転速度が変動して
もサブクール量を最適な値に設定できる。このため、あ
らゆる冷凍サイクル１の運転条件下において、最高効率
および最高冷房能力を得ることができるので、冷凍サイ
クル１の高効率化を図ることができる。

【００２９】図６は本発明の第２実施例を示した図で、
ヒートポンプサイクルの冷凍サイクルを示した図である
。この冷凍サイクル２０は、冷房運転時に冷媒凝縮器と
して働き、暖房運転時に冷媒蒸発器として働く第１熱交
換器２１、冷房運転時に冷媒蒸発器として働き、暖房運
転時に冷媒凝縮器として働く第２熱交換器２２、冷媒を
圧縮する冷媒圧縮機２３、冷媒の流れ方向を切り替える
四方弁２４、流量を調整する可変絞り弁２５、冷媒ガス
と液冷媒とを分離して冷媒ガスのみ冷媒圧縮機２３に送
るアキュームレータ２６、およびこれらを環状に接続す
る冷媒配管２７を備える。

【００３０】なお、コンピュータ２８は、冷房用圧力セ
ンサ２９、冷房用温度センサ３０、暖房用圧力センサ３
１および暖房用温度センサ３２から検出値に応じて可変
絞り弁２５を制御する。以上の構成によって、あらゆる
冷凍サイクル２０の運転条件下において冷房運転時およ
び暖房運転時ともにサブクール量を最適な値に設定でき
るので、最高効率および最高冷暖房能力を得ることがで
き、冷凍サイクル２０の高効率化を図ることができる。

【００３１】（変形例）本実施例では、流量調整手段と
して可変絞り弁を用いたが、流量調整手段として比例制
御弁、開閉弁等を用いても良い。開閉弁を用いる場合は
、コンピュータにより開弁時間を制御する。

【００３２】本実施例では、圧力センサを冷媒凝縮器の
出口部付近に取り付けたが、圧力センサを冷媒圧縮機の
高圧側から膨張弁までの間の冷媒配管や冷媒凝縮器内に
取り付けても良い。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、あらゆる冷凍サイクルの運転
条件下において、最高効率および最高空調能力を得るこ
とができるので、冷凍サイクルの高効率化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかるレシーバサイクルの冷凍サ
イクルを示した構成図である。

【図２】コンピュータの基本的な作動を示したフローチ
ャートである。

【図３】第１実施例にかかる冷凍サイクルのモリエル線
図である。

【図４】第１実施例にかかる冷凍サイクルのモリエル線
図である。

【図５】凝縮圧力および冷房能力比とサブクール量との
関係を表したグラフである。

【図６】第２実施例にかかるヒートポンプサイクルの冷
凍サイクルを示した構成図である。

【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　　可変絞り弁（流量調整手段） ９　　コンピュータ（制御手段） １０　　圧力センサ（圧力検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）冷媒ガスを圧縮して、高温高圧
   の冷媒ガスを吐出する冷媒圧縮機と、（ｂ）この冷媒圧
   縮機から吐出された冷媒ガスを凝縮させて液化する冷媒
   凝縮器と、（ｃ）冷媒の流量を調整する流量調整手段と
   、（ｄ）冷媒の高圧側圧力を検出する圧力検出手段を有
   し、前記冷媒の高圧側圧力から最適な過冷却量を求め、
   この最適な過冷却量に基づいて前記流量調整手段を制御
   する制御手段とを備えた冷凍サイクル。