JPH055562A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷が急激に変動した場合においても十分に
早い応答性で希釈度を求め、この希釈度に応じて電子膨
張弁を制御できる空気調和機を提供する。 【構成】 空気調和機は、圧縮器１と凝縮器３と電子膨
張弁４と蒸発器５とを備えている。電子膨張弁４を所定
の過熱度設定値に基づいて制御し、圧縮器１内に設けら
れ潤滑油に溶け込んだ冷媒の割合を示す希釈度を測定す
る希釈度センサ２０と、この希釈度センサ２０に接続さ
れ希釈度ｋが第１所定値Ｋを越えた場合には電子膨張弁
２０の過熱度設定値Ｔを通常の設定値より高く設定し、
希釈度ｋが第２所定値Ｋ−γより低い場合には過熱度設
定値Ｔを通常の設定値に設定する制御手段１２とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機に係り、特
に、電子膨張弁を所定の過熱度設定値に基づいて制御す
る空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子膨張弁を用いた従来の空気調和機を
図５を参照して説明する。図５において、矢印は冷房運
転時におけるフロン等の冷媒の流れを表し、符号１は低
圧の気体状態にある冷媒を断熱圧縮する圧縮機を示す。
圧縮機１から排出された高圧常温の気体状態にある冷媒
は、冷房サイクルと暖房サイクルとの切替えをする四方
弁２を介して凝縮器３に送られる。凝縮器３に入った高
圧常温の気体状態にある冷媒は、外部へ放熱し、高圧常
温の液体状態となる。

【０００３】凝縮器３から排出される液体状態の冷媒は
電子膨張弁４に入り、ここで冷媒は断熱膨張されて低圧
低温の液体と気体の混合状態になる。この場合、低温の
程度は電子膨張弁４の弁の開度によって制御できる。次
に電子膨張弁４から排出された冷媒は蒸発器５に送られ
る。

【０００４】蒸発器５に送られた液体と気体の混合状態
にある冷媒の液体部分は、蒸発器５の入口から出口へ移
動する間に気体状態になる。この際、室内空気等の被冷
却物から潜熱として熱を奪い被冷却物を冷却する。

【０００５】次に蒸発器５から排出された冷媒は四方弁
２を介して圧縮機１に戻される。

【０００６】一般に蒸発器５の入口において液体状態に
ある冷媒は、蒸発器５の出口へ到達する前に大部分気体
になり、この気体になった冷媒は出口から排出されるま
でにはさらに過熱され。この過熱される度合いである過
熱度は、電子膨張弁４の弁の開度によって制御すること
ができる。

【０００７】従来、電子膨張弁４による加熱度設定値は
図５および図６に示すように、蒸発器５における冷媒の
飽和温度を検出する飽和温度検出センサ１０と、圧縮機
１に吸入される冷媒の吸入温度を検出するサクション温
度検出センサ１１によって得られる検出温度によって制
御されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、蒸発器５から
排出された冷媒は圧縮機１に戻される際に圧縮機１の潤
滑油の中にいくらか溶け込む。潤滑油に溶け込んだ冷媒
の割合を示す希釈度は、（潤滑油に溶け込んだ冷媒重
量）／（潤滑油に溶け込んだ冷媒重量 ＋ 潤滑油重
量）として定義される。

【０００９】希釈度が所定の値より高い場合、すなわち
潤滑油に溶け込んだ冷媒重量が所定値より多い場合は、
圧縮機１の実質的な動作に必要な潤滑油が不足し、圧縮
機１は円滑に作動しにくくなり、停止することがある。
このようなことを避けるために、希釈度が所定の値より
低くする必要がある。

【００１０】蒸発器５の過熱度を上げることによって、
蒸発器５から排出される冷媒の中の液体状態として残留
する部分の割合が減少し、潤滑油に溶解しにくい気体状
態の割合が増加し、このことによって希釈度を下げるこ
とができるからである。

【００１１】従来、このように希釈度が所定の値より高
くならないようにするために、飽和温度検出センサ１０
とサクション温度検出センサ１１によって得られる検出
温度によって希釈度を求め、この希釈度の値に応じて電
子膨張弁４の弁の開度を調整して過熱度を制御をしてい
た。

【００１２】しかしながら、飽和温度検出センサ１０や
サクション温度検出センサ１１等の温度センサを介して
希釈度を求める従来のやり方では、空気調和機の負荷が
急激に変動した場合や除霜時の過渡的段階に十分に追従
できないという問題点があった。このために、高い希釈
度における空気調和機の運転を余儀無くされたり、潤滑
油の不足による圧縮機の作動停止の生じるおそれがあっ
た。

【００１３】そこで本発明の目的は、上記従来技術が有
する問題点を解消し、負荷が急激に変動した場合におい
ても十分に早い応答性で希釈度を求め、この希釈度に応
じて電子膨張弁を制御できる空気調和機を提供すること
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、圧縮機と凝縮器と電子膨張弁と蒸発器と
を備え、前記電子膨張弁を所定の過熱度設定値に基づい
て制御する空気調和機において、前記圧縮機内に潤滑油
に溶け込んだ冷媒の割合を示す希釈度測定用の希釈度セ
ンサを設け、この希釈度センサに希釈度が第１所定値を
越えた場合には前記電子膨張弁の過熱度設定値を通常の
設定値より高く設定し、希釈度が第２所定値より低い場
合には過熱度設定値を通常の設定値に設定する制御手段
を接続したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】圧縮機内に設けられた希釈度センサによって圧
縮機の潤滑油に溶け込んだ冷媒の割合を示す希釈度を測
定する。この測定された希釈度の値を基に制御手段によ
り次のように電子膨張弁を制御する。測定された希釈度
の値が第１所定値を越えた場合には、蒸発器の加熱度が
通常より高くなるように過熱度設定値を設定し、この過
熱度設定値に応じて電子膨張弁の開度を調節する。ま
た、測定された希釈度の値が第２所定値より低い場合に
は、蒸発器の加熱度が通常の値に戻るように過熱度設定
値を設定してから電子膨張弁の開度を調節する。

【００１６】

【実施例】以下本発明による空気調和機の実施例を図１
乃至図４を参照して説明する。

【００１７】図１に電子膨張弁を用いた空気調和機をブ
ロック図を示す。図１において、矢印は冷房運転時にお
けるフロン等の冷媒の流れを表す。図５に示した従来の
空気調和機と同一部材には同一の符号を付して示す。

【００１８】図１において、圧縮機１は低圧の気体状態
にある冷媒を断熱圧縮する。圧縮機１の内部には、潤滑
油に溶け込んだ冷媒の割合を示す希釈度を測定する希釈
度センサ２０が設けられている。

【００１９】圧縮機１から排出された高圧常温の気体状
態にある冷媒は、冷房サイクルと暖房サイクルとの切替
えをする四方弁２を介して凝縮器３に送られる。凝縮器
３に入った高圧常温の気体状態にある冷媒は、外部へ放
熱し、高圧常温の液体状態となる。

【００２０】凝縮器３から排出される液体状態の冷媒は
電子膨張弁４に入り、ここで冷媒は断熱膨張して低圧低
温の液体と気体の混合状態になる。電子膨張弁４から排
出された冷媒は蒸発器５に送られる。

【００２１】蒸発器５に送られた液体と気体の混合状態
にある冷媒の液体部分は、蒸発器５の入口から出口へ移
動する間に、室内空気等の被冷却物から潜熱として熱を
奪い被冷却物を冷却しながら気体状態になる。

【００２２】蒸発器５から排出された冷媒は四方弁２を
介して圧縮機１に戻される。

【００２３】また蒸発器５には、冷媒の飽和温度を検出
する飽和温度検出センサ１０が設けられている。また、
四方弁２から圧縮機１に至る管路には、圧縮機１に吸入
される冷媒の吸入温度を検出するサクション温度検出セ
ンサ１１が設けられている。これらの飽和温度検出セン
サ１０およびサクション温度検出センサ１１は、これら
の検出温度から蒸発器５の加熱度を演算するためのもの
である。

【００２４】図２に示すように、希釈度センサ２０、飽
和温度検出センサ１０およびサクション温度検出センサ
１１の出力信号は制御手段としてのマイクロコンピュタ
１２のＩ／Ｏ端子に送られる。また、マイクロコンピュ
タ１２のＩ／Ｏ端子には電子膨張弁４の制御端子が接続
されている。符号１３は電源であり、圧縮機１とマイク
ロコンピュタ１２に電流を供給する。

【００２５】次に、図３を参照して前述した希釈度セン
サ２０について詳細に説明する。

【００２６】希釈度センサ２０は、平行に並設された銅
板２１ａ、２１ｂおよび２１ｃと、銅板２１ａと２１ｂ
の間および銅板２１ｂと２１ｃの間に嵌設されたテフロ
ン部材２２とを有している。また、希釈度センサ２０は
銅板２１ａ、２１ｂおよび２１ｃを電極とし、テフロン
部材２２を誘電媒質とするコンデンサである。

【００２７】各テフロン部材２２の間には、銅板２１ａ
と２１ｂに挟まれた孔部２３ａ、および銅板２１ｂと２
１ｃに挟まれた孔部２３ｂが形成されている。希釈度セ
ンサ２０は圧縮機１の潤滑油の中に浸して用いるので、
使用時においてこれらの孔部２３ａ、２３ｂは冷媒の溶
け込んだ潤滑油で充満されている。

【００２８】このようなコンデンサを形成する希釈度セ
ンサ２０において、潤滑油に溶け込む冷媒の量が変化し
て希釈度が変化すると、孔部２３ａ、２３ｂにおける比
誘電率が変化してコンデンサの容量が変化する。このコ
ンデンサの容量の変化を検出することにより希釈度を求
めることができる。

【００２９】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。

【００３０】圧縮機１の潤滑油の中に浸された希釈度セ
ンサ２０によって希釈度が測定され、この測定結果がマ
イクロコンピュタ１２に送られメモリに記憶される。ま
たマイクロコンピュタ１２のメモリには、蒸発器５の過
熱度を設定する値である加熱度設定値が記憶されてい
る。

【００３１】また、飽和温度検出センサ１０およびサク
ション温度検出センサ１１による測定結果が、マイクロ
コンピュタ１２に送られる。この測定結果から蒸発器５
の実際の加熱度がマイクロコンピュタ１２で演算して求
められ、メモリに記憶される。

【００３２】次に希釈度センサ２０によって測定された
希釈度の値が予め設定された所定の値の範囲にあるか否
かが判定される。

【００３３】測定された希釈度の値が所定の値の範囲に
ある場合には、加熱度設定値として通常の値の加熱度設
定値が記憶される。次に飽和温度検出センサ１０および
サクション温度検出センサ１１による測定結果から求め
られた加熱度がメモリに記憶されている通常の加熱度設
定値と比較して高すぎるか低すぎるかが判断される。蒸
発器５の実際の加熱度が高すぎると判断された場合は、
電子膨張弁４の弁の開度は大きくなるように制御され
る。また蒸発器５の実際の加熱度が低すぎると判断され
た場合は、電子膨張弁４の弁の開度は小さくなるように
制御される。電子膨張弁４の弁の開度を調節する制御信
号はマイクロコンピュタ１２から電子膨張弁４の図示し
ない制御端子に送られる。

【００３４】一方、希釈度センサ２０によって測定され
た希釈度の値が予め設定された所定の値の範囲を越えた
と判定された場合は、メモリに記憶されていた通常の加
熱度設定値は通常の値よりも高い値の加熱度設定値に置
換される。そして、飽和温度検出センサ１０およびサク
ション温度検出センサ１１による測定結果から求めた加
熱度がこの高い値に設定された加熱度設定値と比較して
高すぎるか低すぎるかが判断される。次に希釈度の測定
値が所定の値の範囲にある場合と同様に、電子膨張弁４
の弁の開度の調節が行われる。

【００３５】ここで、希釈度の測定値が所定の値の範囲
を越えた場合に、加熱度設定値を通常の値よりも高い値
の加熱度設定値に置換する理由は次の理由による。すな
わち加熱度設定値を高くして実質的により高い加熱度で
蒸発器５を作動させることにより、蒸発器５から排出さ
れる混合状態にある冷媒のうちの液体状態にある冷媒の
割合を減少させることができる。このように液体状態に
ある冷媒の割合を減少させることにより、希釈度を減少
させることができる。

【００３６】次に図４に示すフロ−チャ−トを参照し
て、制御手段としてのマイクロコンピュタ１２による制
御手順を説明する。

【００３７】図４において電源１３がＯＮされた後、ス
テップ（ａ）において希釈度センサ２０による測定値で
ある測定希釈度ｋを、第１所定値としての予め設定され
た設定希釈度Ｋと比較する。測定希釈度ｋが設定希釈度
Ｋより小さいならば、潤滑油に溶け込んでいる冷媒の割
合は許容範囲にあるので、加熱度設定値Ｔを変えること
なく通常の値のままにしてステップ（ｃ）に進む。

【００３８】一方、測定希釈度ｋが設定希釈度Ｋ以上な
らば、潤滑油に溶け込んでいる冷媒の割合が高すぎて許
容範囲を越えているので、許容範囲の目安となる加熱度
設定値変化幅αを加熱度設定値Ｔに加えて、Ｔ＋αを新
たな加熱度設定値Ｔとして置換し、ステップ（ｃ）に進
む。

【００３９】ステップ（ｃ）乃至ステップ（ｆ）におい
ては、飽和温度検出センサ１０およびサクション温度検
出センサ１１による測定結果から求めた加熱度変化値ｔ
が加熱度設定値Ｔを中心とする所定範囲にあるか否かが
判定され、この判定結果に基づいて電子膨張弁４の弁の
開度が調節される。

【００４０】加熱度の変化の許容範囲の目安である加熱
度変化幅をβとすると、加熱度変化値ｔがＴ−βとＴ＋
βの間にある限り電子膨張弁４の弁の開度は変化しな
い。この場合、弁が開いている場合は開いたまま、また
弁が閉じている場合は閉じたままにする。

【００４１】ステップ（ｃ）において、加熱度変化値ｔ
がＴ＋β以上であるか否かを判定し、ＹＥＳの場合はス
テップ（ｄ）で電子膨張弁４の弁を開き、ステップ
（ｇ）に進む。ステップ（ｃ）においてＮＯの場合は、
ステップ（ｅ）に進む。ステップ（ｅ）においては、加
熱度変化値ｔがＴ−βより小さいか否かを判定し、ＹＥ
Ｓの場合はステップ（ｆ）で電子膨張弁４の弁を閉じ、
ステップ（ｇ）に進む。ステップ（ｅ）においてＮＯの
場合は、ステップ（ａ）に戻り、再度ステップ（ａ）に
おいて測定希釈度ｋを設定希釈度Ｋと比較する。

【００４２】ステップ（ｇ）においては、測定希釈度ｋ
が第２所定値としてのＫ−γ以下であるかを判定する。
ここで、γは希釈度変化幅であり、測定希釈度ｋがＫ−
γとＫとの間の範囲にあれば潤滑油の溶け込んだ冷媒の
割合は許容範囲にあるとするものである。測定希釈度ｋ
がＫ−γ以下の場合はステップ（ｈ）に進む。ステップ
（ｈ）においては、ステップ（ｂ）で設定された通常よ
りも高い値の加熱度設定値Ｔを通常の加熱度設定値Ｔに
戻す。一方、測定希釈度ｋがＫ−γより小さい場合はス
テップ（ｃ）に戻り、再度加熱度変化値ｔがＴ＋β以上
であるか否かを判定する。

【００４３】上述のように本実施例の構成によれば、早
い応答性を有する希釈度センサ２０により直接的に希釈
度を求めるので、空気調和機の負荷が急激に変動した場
合や除霜時の過渡的段階においても十分に早い応答性で
希釈度を求めることができる。

【００４４】また、この応答性の早い希釈度センサ２０
により求めた希釈度に基づいて、制御手段としてのマイ
クロコンピュタ１２により電子膨張弁４の弁の開度を調
節することができるので、希釈度が許容範囲の値よりも
高い場合に、通常より高い加熱度で蒸発器５が作動する
ようにすることができる。そして、空気調和機の負荷が
急激に変動した場合や除霜時の過渡的段階においても十
分に早い応答時間で希釈度を許容範囲の値にすることが
できる。この結果、液バックによる高い希釈度における
空気調和機の運転を抑制することができるとともに、潤
滑油の不足による圧縮機１の作動停止のおそれを防止す
ることができる。

【００４５】また、希釈度センサ２０はコンデンサを形
成する構成であるので小型にすることができ、容易に圧
縮機１の内部に設置することができる。また、希釈度セ
ンサ２０はコンデンサの容量の変化により希釈度を測定
するので、高精度で希釈度を測定することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、応答性の早い希釈度センサにより求めた希釈度
に基づいて、制御手段により電子膨張弁の弁の開度を調
節することができるので、希釈度が許容範囲の値よりも
高い場合に、通常より高い加熱度で蒸発器が作動するよ
うにして、空気調和機の負荷が急激に変動した場合や除
霜時の過渡的段階においても十分に早い応答時間で希釈
度を許容範囲の値にすることができる。この結果、高い
希釈度における空気調和機の運転を抑制することが出来
るとともに、潤滑油の不足による圧縮機の作動停止のお
それを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和機の実施例を示すブロッ
ク図。

【図２】本発明による空気調和機の実施例における制御
手段と希釈度センサの関係を示すブロック図。

【図３】本発明による空気調和機の実施例における希釈
度センサを示す斜視図。

【図４】本発明による空気調和機の実施例における制御
手段による制御手順を示すフロ−チャ−ト図。

【図５】従来の空気調和機を示すブロック図。

【図６】従来の空気調和機における制御手段と圧縮機の
関係を示すブロック図。

【符号の説明】 １ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 凝縮器 ４ 電子膨張弁 ５ 蒸発器 １０ 飽和温度検出センサ １１ サクション温度検出センサ １２ マイクロコンピュタ １３ 電源 ２０ 希釈度センサ ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 銅板 ２２ テフロン部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】圧縮機と凝縮器と電子膨張弁と蒸発器とを
   備え、前記電子膨張弁を所定の過熱度設定値に基づいて
   制御する空気調和機において、前記圧縮機内に潤滑油に
   溶け込んだ冷媒の割合を示す希釈度測定用の希釈度セン
   サを設け、この希釈度センサに希釈度が第１所定値を越
   えた場合には前記電子膨張弁の過熱度設定値を通常の設
   定値より高く設定し、希釈度が第２所定値より低い場合
   には過熱度設定値を通常の設定値に設定する制御手段を
   接続したことを特徴とする空気調和機。