JPH06194008A - 吐出過熱度制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機の吐出側管路に膨張弁作動用感温筒を
設けて吐出過熱度を制御する弁において、始動時から定
常運転状態に速やかに立ち上げることができ、低圧カッ
トが行なわれないようにし、自力弁としてそれ自体で制
御機能を持っており、危険防止のための各種の手段も必
要なく、ごく簡単なヒータ制御で膨張弁を必要に応じ強
制開放又は最適な運転する手段を安価な設備により行な
うようにした吐出過熱制御弁を提供する。 【構成】 圧縮機１の吐出側管路２に膨張弁作動用感温
筒２１を設けて吐出過熱度を制御する吐出過熱度制御弁
６において、感温筒２１または感温筒取付配管にヒータ
３０を設けたものであり、それにより始動時から定常運
転状態に速やかに立ちあげることができ、低圧カットが
行なわれないようにし、また膨張弁を必要に応じて強制
開放又は運転条件により最適な流量制御をするする手段
を安価な設備により行なうようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮式冷凍サイクルの冷
媒制御に際し、圧縮機の吐出側冷媒の過熱度を制御する
ための吐出過熱制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を主
要構成部品とした圧縮式冷凍サイクルの冷媒制御におい
ては、一般には、蒸発器の出口の冷媒温度が一定になる
ように膨張弁により制御を行ない、圧縮機の吸入ガスの
過熱度の制御を行なっている。

【０００３】従来のこのような冷媒制御システムにおい
ては、蒸発温度が下降して圧縮機の吸入圧力が低くなる
と、圧力比が大きくなり、圧縮機の体積効率が低下す
る。また、圧縮機を駆動する電動モータは、圧縮機の圧
力比の増大によって、電動機の入力は大きくなるので、
それに伴って電動機損失が大きくなり、発熱量が多くな
る。それに対し、電動モータは循環する冷媒により冷却
されているので、冷媒循環量の減少もあり必然的に電動
機の温度は上昇し、電動機の破損を招くことがある。

【０００４】このような従来の冷媒制御システムの欠点
を解消するため、膨張弁の流量を制御する感熱筒を圧縮
機と凝縮器の間の吐出系統に設けることが提案されてい
る（例えば、特開昭５５−２０３１６号公報）。この場
合には、図３に示すように、冷媒サイクルのモリエル線
図から明らかのように、圧縮機出口の点Ａと飽和蒸気線
との交点の間の温度差Ｔ１の範囲が過熱度の設定範囲と
なる。一方、吸込管に感温筒を取付け膨張弁の開度調整
を行なう際には、同モリエル線図において、吸込管の飽
和蒸気線との交点の交点Ｃと圧縮機入口の点Ｄとの間の
温度差Ｔ２の範囲が過熱度の設定範囲となる。

【０００５】したがって、例えば、圧縮機の圧力が一定
のときの実際の冷凍サイクルの場合、使用冷媒ガスが、
吐出側においてはＡ点は６５℃、Ｂ点は４０℃でその差
２５℃が過熱度の調整範囲となり、吸込側におけるＣ点
が５℃、Ｄ点が９℃でその差４℃より大きな値となる。
その結果、図４に示すように、吸込側の場合は、４℃の
範囲内で所定の流量制御を行なわせなければならないの
に対して、吐出側の場合は、２５℃の範囲で行なえばよ
いので、制御が容易であり、しかも正確な流量制御が可
能となる。

【０００６】このように、膨張弁の流量を制御する感熱
筒を圧縮機と凝縮器の間の吐出系統に設けること吐出ガ
ス温度を検出するので、電動機の発熱部を冷却した冷媒
の温度上昇と、冷媒ガスの圧縮による温度上昇の両方の
温度を加味して膨張弁を開くため、吐出ガス温度は常に
一定の過熱度に制御される。それにより冷媒循環量を電
動機の発熱を下げるのに必要な冷媒量を余分に流し電動
機の破損を防いでいる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記圧
縮機からの吐出ガス温度に応じて膨張弁を制御するよう
にした装置においては、この冷凍サイクルの始動時に
は、圧縮機の吐出側の圧力は直ちに上昇するのに対し、
吐出側管路の冷媒温度はかなりの時間遅れをもって上昇
する。したがって、吐出側管路の外壁に固定した感温筒
は吐出冷媒ガスの温度上昇、それによる管路の温度上
昇、更には管路の温度上昇によって加熱される感温筒の
温度上昇の順で温度が上昇するため、冷凍サイクルの始
動時から感温筒の温度上昇までの時間遅れが大きく、膨
張弁はなかなか開かず、冷凍サイクルの低圧側、即ち圧
縮機の吸入側の圧力はどんどん低下し、真空近くなるた
め、いわゆる低圧カットの状態になってしまい正常な作
動が行なわれなくなり、また定常状態に達するのに多く
の時間を要する欠点もあった。

【０００８】また、除霜時等において、膨張弁を強制的
に開放する必要がある時は、その開放制御のための制御
部品を別設する必要があり、冷凍機が高価となる欠点も
あった。更に、運転条件、特に、圧縮機の回転数可変等
によっては、目標とする吐出過熱度を補正することがよ
り好ましいことがあった。

【０００９】更に、吐出過熱度を制御する装置として、
電動弁を使用したものもある（例えば、特開昭６３−１
０８１６２号公報）。しかし、この場合は、凝縮温度
（又は圧力）を検出する別途のセンサが必要であり、ま
た、電動弁自体は、何らの検出機能を持たないため、過
渡状態等安全に運転させるためには、多大な検証と高度
な電子制御技術が要求され、定まったシステムには使用
できるが汎用性が掛ける点がある。

【００１０】したがって、本発明は、圧縮機の吐出側管
路に膨張弁作動用感温筒を設けて吐出過熱度を制御する
弁において、始動時から定常運転状態に速やかに立ち上
げることができ、低圧カットが行なわれないようにし、
自力弁としてそれ自体で制御機能を持っており、危険防
止のための各種の手段も必要なく、ごく簡単なヒータ制
御で膨張弁を必要に応じ強制開放又は最適な運転する手
段を安価な設備により行なうようにした吐出過熱制御弁
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、圧縮機の吐出側管路に膨張弁作動用感温筒
を設けて吐出過熱度を制御する吐出過熱度制御弁におい
て、感温筒または感温筒取付配管にヒータを設けたもの
であり、それにより始動時から定常運転状態に速やかに
立ちあげることができ、低圧カットが行なわれないよう
にし、また膨張弁を必要に応じて強制開放又は運転条件
により最適な流量制御をするする手段を安価な設備によ
り行なうようにしたものである。

【００１２】

【作用】本発明は、上記のように構成したので、膨張弁
は、自力弁として圧縮機の吐出管路に設けた感温筒の温
度に応じて開閉され、したがって吐出過熱度の制御を行
なう。一方、この冷凍サイクルの始動時及び除霜時に
は、感温筒または感温筒取付吐出配管に設けたヒータに
より加熱し、膨張弁を強制的に開放し、始動から定常状
態まで急速に立ち上げ、あるいは除霜を急速に行なわせ
る。

【００１３】また、通常は前記の一定吐出過熱度でよい
が、場合によると、最適吐出ガス温度を補正したいとき
は、ヒータの容量をコントローラで制御する。例えば、
蒸発温度が低くなって霜が付きやすくなったときには、
弁を開き気味にし、蒸発圧力を上げるとか、吐出過熱度
は一定であるが、吐出温度が高すぎる場合、ヒータ容量
を制御することで容易にできる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図面に沿って説明する。図
１に示す冷凍サイクルにおいて、圧縮機１の吐出管２か
らの冷媒は、四方切換弁３の切換えにより、室外熱交換
ユニット４への管路と、室内熱交換ユニット５への管路
のいずれかへ送られる。この冷凍サイクルを冷房用とし
て用いる際には、四方切換弁３は吐出管管路を室外熱交
換ユニット４側へ切換えており、この室外熱交換ユニッ
ト４は凝縮器として作用し、凝縮冷媒は、膨張弁６を通
り蒸発器として作用する室内熱交換ユニット５を通って
四方切換弁３を介し圧縮機１に戻る。以下、この冷凍サ
イクルを冷房用として用いた場合について説明し、従っ
て室外熱交換ユニット４を凝縮器７とし、室内熱交換ユ
ニット５を蒸発器８として述べる。

【００１５】膨張弁６は、弁本体１０に設けた第１管路
１１と第２管路１２とを連通する弁孔１３を備え、この
弁孔１３には弁体１４を備える。弁体１４は、弁本体１
０の上部に設けたダイアフラム１５と当金１６を介して
ロッド１７により連結しており、ダイアフラム１５は、
その上側作動室１８と下側作動室１９との差圧により作
動する。

【００１６】上側作動室１８には、圧縮機１の吐出管２
に密接状態に固定した感温筒２１とキャピラリチューブ
２２を介して連通しており、下側作動室１９は、均圧管
２３を介して吐出管２と連通している。弁体１４はスプ
リング２４により常時閉方向に付勢されており、ダイア
フラム１５により上下方向に摺動するロッド１７が連結
している。ロッド１７の外周にはシールパッキン２５を
備え、弁本体１０に固定したナット２６に支持されるス
プリング２７により押圧されている。また、第１管路１
１と第２管路１２間は弁孔１３をバイパスするように、
絞り２８によって連通している。

【００１７】感温筒２１にはヒータ３０を備え、電源３
１との間に設けたスイッチ３２により通電制御される。
このスイッチ３２は、別設する制御装置により冷凍サイ
クルの始動時等、任意の時にオン作動し、ヒータ３０に
より感温筒２１を加熱する。

【００１８】上記冷凍サイクルの始動に際しては、圧縮
機１の駆動前にスイッチ３２を閉じ、ヒータ３０により
感温筒２１を加熱する。圧縮機１の作動による吐出管２
の冷媒ガス圧力上昇は、均圧管２３を介して膨張弁６に
おけるダイアフラム１５の下側作動室１９に作用し、弁
体１４を閉じ側に付勢するが、上記のようにヒータ３０
によって加熱される感温筒２１内の作動媒体の膨張によ
りキャピラリチューブ２２を介して上側作動室１８は高
圧となり、下側作動室１９の圧力及びスプリング２４の
閉弁力に抗して弁体１４を押下し、弁孔１３を開く。そ
れにより吐出管２の高圧冷媒ガスは凝縮器７で液化し、
その一部は絞り２８を介して蒸発器８に至り、他は膨張
弁６の弁孔１３を通って膨張し、蒸発器８に入り、室内
の冷房作用を行ない、四方切換弁３を介して圧縮機１の
吸込管９に設けたアキュムレータ２０を通って圧縮機１
に戻る。

【００１９】この冷凍サイクルの始動後、所定時間を経
て定常作動状態になると、コントローラ３２でヒータ３
０の加熱を制御し、感温筒は吐出冷媒の過熱度に応じて
膨張弁の開度制御を行なう。このように、始動時に感温
筒１を強制的に加熱するので、従来のもののように冷凍
サイクルのり始動時に吐出冷媒ガスが温度上昇し、次い
で吐出管が温度上昇し、更にその後に感温筒が徐々に温
度上昇するというような膨張弁の作動遅れを防ぐことが
できる。

【００２０】なお、上記実施例において、ヒータ３０を
感温筒２に直接固定した例を示したが、吐出管２に固定
してもよい。また、上記実施例においては、この冷凍回
路を冷房用として用いた例を示したが、暖房用として用
いる際には、四方切換弁３を切り換え、吐出管２を室内
熱交換ユニット５に連通し、吸込管９を室外熱交換ユニ
ット４に連通させる。この時、膨張弁６は、第２管路１
２から第１管路１１に冷媒が流通することとなるが、ヒ
ータ３０により作動制御される膨張弁の作用は上記と同
様である。

【００２１】また、この冷媒回路の定常運転状態におい
て、蒸発器の除霜を行なう必要がある時は、制御装置に
より上記始動時と同様にヒータ３０を作動し、膨張弁６
を強制的に開放する装置をそのまま使用することができ
るので、除霜のための特別の装置を必要とせず安価なも
のとすることができる。

【００２２】なお、上記各装置における膨張弁として、
図２に示すような膨張弁を使用してもよい。即ち、ロッ
ド４３の上端面には、均圧管４５からの圧力を受け、そ
の下端面には第２管路４７の圧力を受けるように構成し
ている。

【００２３】この膨張弁４０を前記冷凍サイクルの膨張
弁の代わりに用い、均圧管４５を吐出管２に連通させる
とともに、冷凍サイクルを冷房装置として用いる際に
は、この膨張弁４０の弁体への作動圧力は以下のような
バランスをなす。

【００２４】即ち、ダイヤフラム４１の上側作動室５０
に作用する感温筒５１からの圧力をＰｔ、均圧管４５か
らの吐出管の圧力をＰｈとし、また、凝縮器に連なる第
１管路４６の圧力はほぼ吐出管の圧力Ｐｈであり、蒸発
器に連なる第２管路の圧力をＰｉとし、ダイヤフラム４
１の面積をＡ、連結ロッド４３の面積をＢ、弁孔４４の
面積をαとし、第１スプリング５１の押圧力をＷ１、第
２スプリング５２の押圧力をＷ２とすると、 ＡＰｔ＋ＢＰｈ＋αＰｉ＝ＡＰｈ＋Ｗ１＋ＢＰｉ＋αＰ
ｈ＋Ｗ２ の関係式が成立し、この式は、 ＡＰｔ＝〔Ａ−（Ｂ−α）〕Ｐｈ＋（Ｂ−α）Ｐｉ＋
（Ｗ１＋Ｗ２） となり、弁孔４４は連結ロッド４３より充分に小径とす
ると、 α＜＜Ｂで Ｂ−α≒Ｂ となる。 また、Ｗ１＋Ｗ２＝Ｗ＝Ｆ×Ａ とすると、 ＡＰｔ＝（Ａ−Ｂ／Ａ）Ｐｈ＋（Ｂ／Ａ）Ｐｉ＋Ｆ となる。

【００２５】ここで、冷媒ガスが第１管路４６から第２
管路４７に流れる冷房運転時には、第２管路の圧力Ｐｉ
は吸込管圧力Ｐｓと略等しいので、 ＡＰｔ＝（Ａ−Ｂ／Ａ）Ｐｈ＋（Ｂ／Ａ）Ｐｓ＋Ｆ となり、この式から吸込管内圧力が低くなると膨張弁は
開放しやすくなる。そのため、この冷凍サイクルの始動
時において、膨張弁が閉じている状態では吸込管の圧力
Ｐｓが大きく低下する時、上記の原理によりこの膨張弁
は開放しやすくなり、このことは実質的に感温筒５１の
温度が上昇した状態と同様と成り、始動時に膨張弁を速
やかに開放する作用をなす。

【００２６】なお、この膨張弁を使用する場合において
も、感温筒にヒータを設けてもよい。

【００２７】一方、この膨張弁４０を暖房用として用い
る際には、第２管路４７から第１管路４６に冷媒が流れ
るが、その際には、第２管路圧力Ｐｉは吐出管圧力Ｐｈ
と等しく、上記式は Ｐｔ＝Ｐｈ＋Ｆ となり、このことからこの膨張弁は吸込管内の圧力の影
響を全く受けないことがわかる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成し作用する
ので、圧縮機の吐出側管路に膨張弁作動用感温筒を設け
て吐出過熱度を制御する弁において、始動時から定常運
転状態に速やかに立ち上げることができる。したがっ
て、吸込側圧力が低下し過ぎることによる低圧カットを
行なうことがなく、安定した運転を行なうことができ
る。

【００２９】また、除霜時等において、膨張弁を強制的
に開放する必要があるときも、同じ装置を用いることに
より、強制的に開放することが可能であり、特別の装置
を用いることがないので、設備費が安価となる。

【００３０】また、過熱度を制御するために、電動弁を
使用したものに比べて簡単な装置で広範囲の予測制御ま
でできる。更に、圧縮機の吸込側に感温筒を設けて、こ
れを加熱調整し過熱度制御を行なうものと比較して、配
管に霜付き等の心配がないので、ヒータの安全性が確実
である。また、冷媒管内を流れるガスが、吸入側では液
が混合して流れることがあるので、その潜熱のため熱容
量が変化しやすいが、吐出側では過熱ガスのため安定し
ている。そして、吸入側では湿り度を検出することがな
いので、湿り気味の運転ができないが、吐出側を制御す
ればこれが可能となる。このように、調整温度範囲が広
くなり、膨張弁の流量制御が容易となり、かつ正確な制
御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す冷凍サイクル図である。

【図２】同冷凍サイクルに用いる他の膨張弁を用いた冷
凍サイクル図である。

【図３】冷凍サイクルに用いるモリエル線図である。

【図４】膨張弁制御範囲を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 吐出管 ３ 四方切換弁 ４ 室外熱交換ユニット ５ 室内熱交換ユニット ６ 膨張弁 １０ 弁本体 １１ 第１管路 １２ 第２管路 １３ 弁孔 １４ 弁体 １５ ダイヤフラム １７ ロッド １８ 上側作動室 １９ 下側作動室 ２１ 感温筒 ２２ キャピラリチューブ ２３ 均圧管 ２４ スプリング ２７ スプリング ２８ 絞り ３０ ヒータ ３１ 電源 ３２ コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機の吐出側管路に膨張弁作動用感温
   筒を設けて吐出過熱度を制御する吐出過熱制御弁におい
   て、感温筒または感温筒取付吐出配管にヒータを設けた
   ことを特徴とする吐出過熱度制御弁。