JPH07218008A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】冷凍サイクル内の液冷媒を溜める液タンクに、
溜っている液量を検出する液検出手段１９を設け、液タ
ンク内の液冷媒量が所定値となるように、制御弁１８な
どの液量調整手段で制御する。 【効果】液タンク内の液冷媒量が余剰冷媒量となるよう
に、液量検出手段と液量調整手段で調整することによっ
て、冷凍サイクルを速く定常状態に安定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクル内に液タ
ンクを備えた空気調和機や冷凍装置のサイクル制御に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和機の制御方法は、特開平
3−75459号公報に記載のように、液配管と圧縮機吸入側
とを、流量調整弁を備えた液もどし配管で接続し、ま
た、室外熱交換器の液配管側に弁開度が調整可能な室外
膨張弁を設け、冷房時、液もどし配管の流量調整弁によ
って、圧縮機吸入側に導く液冷媒量調整して、圧縮機吐
出ガス冷媒温度を制御している。また、暖房時，冷房時
と同様に、液もどし配管の流量調整弁によって、圧縮機
吸入側に導く液冷媒量調整して、圧縮機吐出ガス冷媒温
度を制御するか、または、液もどし配管の流量調整弁は
全閉とし、室外膨張弁の弁開度を調整して、圧縮機吐出
ガス温度を制御している。

【０００３】また、従来の冷媒量検出手段は、特開平3
−186170 号公報に記載のように、受液器内に静電容量
センサの電極を取付け、静電容量の変化によって受液器
内の液冷媒量を検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】圧縮機まわりの温度が
低いときに、空気調和機などを始動すると、圧縮機内に
液冷媒が溜っているために、圧縮機の吐出ガス温度がな
かなか上がらない。圧縮機の吐出ガス温度が下限値以下
の場合、圧縮機内の油に冷媒が溶け込み易く、油の粘度
低下を招き、軸受の焼き付きなどの故障を生じる恐れが
ある。これを防止するために、制御装置は、液もどし配
管の流量調整弁、または、室外膨張弁を絞り、圧縮機に
液冷媒を戻さないようにする。そのうちに、圧縮機内に
液冷媒が無くなり、圧縮機には液冷媒が戻らない状態な
ので、圧縮機の吐出ガス温度が急上昇する。圧縮機の吐
出ガス温度が急上昇し、上限温度を超えると、モータの
絶縁材の劣化や油の劣化など信頼性上の問題が生じる。
このような信頼性上の問題を回避するために、制御装置
は、液もどし配管の流量調整弁、または、室外膨張弁を
大きく開くように制御し、吐出ガス温度を速く下げよう
とするが、一般的に温度センサには検出遅れがあるため
に、弁を開き過ぎて吐出ガス温度が下がり過ぎてしま
い、油の粘度低下の問題が再度生じる。

【０００５】このような制御を繰り返すと、冷凍サイク
ルの運転がハンチングし、安定した運転状態が得られな
い。

【０００６】また、圧縮機吸入側にアキュムレータが接
続され、アキュムレータが液冷媒を溜める構造になって
いるものは、アキュムレータ出口、すなわち、圧縮機吸
入の冷媒の乾き度がある所定値に設計製作されているの
で、圧縮機の吐出ガス温度を調整するために、液もどし
配管の流量調整弁、または、室外膨張弁の開度を変化さ
せても、アキュムレータ内の液冷媒が無くなるか、また
は、アキュムレータ内に液冷媒が溜り過ぎてオーバーフ
ローするまで、吐出ガス温度はほとんど変化しない。し
たがって、圧縮機まわりの温度が低く、圧縮機内に液冷
媒が溜っているような状態で圧縮機を始動した場合、液
もどし配管の流量調整弁、または、室外膨張弁の開度を
絞っても、圧縮機内の液冷媒が無くなり、さらに、アキ
ュムレータ内の液冷媒が無くなるまで、圧縮機の吐出ガ
ス温度は上がらない。このように、吐出ガス温度が上が
るまで、時間がかかるので、弁を絞り過ぎてしまい、圧
縮機内の液冷媒が無くなり、さらに、アキュムレータ内
の液冷媒が無くなった後、吐出ガス温度は急激に上昇す
る。これによって、モータの絶縁材の劣化や油の劣化な
ど信頼性上の問題が生じる。これを抑えるために、弁を
開き、液冷媒を圧縮機に吸入させようとするが、アキュ
ムレータがバッファとなり、所定の乾き度の冷媒しか圧
縮機に吸入されない。そのために、吐出ガス温度がなか
なか下がらず、今度は弁を開き過ぎて、アキュムレータ
に液冷媒が溜り過ぎてオーバーフローし、圧縮機に液冷
媒が多量に吸入され液圧縮を起こす。圧縮機が液圧縮す
ると圧力が異常に上昇し、圧縮機が破損するという問題
が生じる。

【０００７】本発明の目的は、このような液もどし配管
の流量調整弁、または、室外膨張弁の絞り過ぎや開き過
ぎによって生じる、圧縮機の信頼性低下と、冷凍サイク
ルのハンチングを防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題は、液冷媒が溜
る液タンク内に液冷媒量を検知する検知手段を設け、さ
らに、その液冷媒量が所定値となるように、調整手段を
設けることによって解決される。

【０００９】

【作用】圧縮機の吐出ガス温度を上げるために、液冷媒
の戻り量を減らそうとして吸入側に通じる弁の開度を絞
ったとき、高圧側の液配管に設置した液タンク、例え
ば、レシーバには液冷媒がたくさん溜り、低圧側に設置
した液タンク、例えば、アキュムレータには液冷媒が溜
りにくくなる。圧縮機の吐出ガス温度を下げるために、
液冷媒の戻り量を増やそうとして吸入側に通じる弁の開
度を開いたとき、レシーバには液冷媒が溜りにくくな
り、アキュムレータには液冷媒がたくさん溜る。ここ
で、液タンク内の液冷媒量の変化は、吐出ガス温度の変
化より速いと考えられる。

【００１０】一方、冷凍サイクルが安定して運転されて
いるときは、液タンク内の液冷媒の量は余剰冷媒分だけ
である。この余剰冷媒は、冷房運転と暖房運転によって
異なり、また、複数の室内機が一台の室外機に接続され
た多室形空気調和機では、室内機の運転台数によって異
なるだけである。したがって、冷房か暖房か、また、室
内機運転台数がわかれば、余剰冷媒量が推定できる。

【００１１】そこで、液タンク内の液冷媒量を液量検出
手段で検知し、その液量が推定した余剰冷媒量となるよ
うに、液量調整手段で制御するようにすれば、冷凍サイ
クルが速く定常状態に安定し、吐出ガス温度の応答遅れ
や検出遅れによって生じていた制御弁の絞り過ぎや開き
過ぎが無くなり、圧縮機の信頼性が確保でき、冷凍サイ
クルのハンチングも防止できる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。

【００１３】室外機１には、二台の室内機１００，２０
０がガス配管２１及び液配管２２によって並列に接続さ
れている。室外機１は圧縮機１０，アキュムレータ１
１，四方弁１２，室外熱交換器１３，室外ファン１４，
レシーバ１５，室外冷媒流量制御弁１６および冷媒流量
制御弁１８を備えた液バイパス回路１７によって構成さ
れている。ここで、室外冷媒流量制御弁１６および冷媒
流量制御弁１８は弁開度を変化させることができる制御
弁である。また、レシーバ１５には、レシーバ内の液冷
媒量が検出できる液量検出手段１９が取り付けられてい
る。液量検出手段１９の検出信号は制御装置２０に入
り、制御装置２０はレシーバ１５内の液冷媒量が所定値
になるように、液量調整手段の機能をもつ室外冷媒流量
制御弁１６および冷媒流量制御弁１８の弁開度を制御す
る。

【００１４】室内機１００は室内熱交換器１０１，室内
ファン１０２および室内冷媒制御弁１０３によって構成
されている。

【００１５】室内機２００も室内機１００と同様に、室
内熱交換器２０１，室内ファン202および室内冷媒制御
弁２０３によって構成されている。

【００１６】次に、動作について説明する。なお、図の
中で、実線の矢印は冷房の冷媒の流れを示し、破線の矢
印は暖房の冷媒の流れを示している。

【００１７】まず、冷房運転について説明する。

【００１８】圧縮機１０から吐出された冷媒は四方弁１
２を通って室外熱交換器１３に入り、室外ファン１４に
よって送られてきた室外空気と熱交換され、凝縮して液
冷媒となって出ていく。室外冷媒制御弁１６は全開とな
っているので液冷媒は室外冷媒制御弁１６を通過してレ
シーバ１５へ入り、気液分離される。この時、一部の液
冷媒は、液バイパス回路１７に入り、弁開度が調整され
た冷媒流量制御弁１８で流量調整されてアキュムレータ
１５の上流側へ導かれている。レシーバ１５の液冷媒は
液配管２２を通って分岐され、室内機１００および室内
機２００へ送られる。室内機１００，２００へ入った液
冷媒は、弁開度が調整された室内冷媒流量制御弁１０
３，２０３でそれぞれ減圧されて、室内熱交換器１０
１，２０１に入る。ここで、室内ファン１０２，２０２
によって送られてきた室内空気と熱交換され、室内空気
は冷却されて室内を冷房し、冷媒は蒸発し、ガス冷媒と
なって室内機１００，２００を出る。室内機１００，２
００を出たガス冷媒は合流されて、ガス配管２１を通っ
て室外機１へ入る。室外機１へ入ったガス冷媒は四方弁
１２を通過し、液バイパス回路１７を通ってきた液冷媒
と混合されて、アキュムレータ１１に入り、その後、圧
縮機１０へ吸入され圧縮される。このような冷凍サイク
ルにおいて、始動時や室内機の運転台数が変化した後な
どの過渡時、制御装置２０はレシーバ１５内の液冷媒量
が所定値になるように、バイパス回路１７の冷媒流量制
御弁１８の弁開度を制御する。レシーバ１５内の液冷媒
量が減少したときは、冷媒流量制御弁１８の弁開度を絞
り、レシーバ１５に液冷媒が溜りやすくし、レシーバ１
５内の液冷媒量が増加したときは、冷媒流量制御弁１８
の弁開度を開き、レシーバ１５の液冷媒を逃がすように
する。この制御は、過渡時、一定時間またはレシーバ１
５内の液冷媒量が所定値に安定するまで行う。

【００１９】次に、暖房運転について説明する。

【００２０】圧縮機１０から吐出された冷媒は四方弁１
２を通過した後、ガス配管２１へ送られ室外機１を出
る。ガス配管２１へ送られた吐出冷媒は分岐されて、室
内機１００および室内機２００へ送られる。室内機１０
０，２００へ入った冷媒は、室内熱交換器１０１，２０
１に入り、ここで、室内ファン１０２，２０２によって
送られてきた室内空気と熱交換されて、室内空気は温め
られ室内を暖房し、冷媒は凝縮し液冷媒となる。この液
冷媒は、室内冷媒流量制御弁１０３，２０３を通過した
後、室内機１００，２００を出て合流し、液配管を通っ
て室外機１へ送られる。室外機１へ入った冷媒は、レシ
ーバ１５に入り気液分離され、液冷媒がレシーバ１５を
出て、弁開度が調整された室外冷媒制御弁１６で減圧さ
れて室外熱交換器１３に入る。室外熱交換器１３に入っ
た冷媒は、室外ファン１４によって送られてきた室外空
気と熱交換され蒸発して、室外熱交換器１３を出る。室
外熱交換器１３を出た冷媒は四方弁１２を通過してアキ
ュムレータ１１に入り、その後、圧縮機１０に吸入され
圧縮される。このような冷凍サイクルにおいて、始動時
や室内機の運転台数が変化した後などの過渡時、制御装
置２０はレシーバ１５内の液冷媒量が所定値になるよう
に、室外冷媒流量制御弁１６の弁開度を制御する。レシ
ーバ１５内の液冷媒量が減少したときは、室外冷媒流量
制御弁１６の弁開度を絞り、レシーバ１５に液冷媒が溜
りやすくし、レシーバ１５内の液冷媒量が増加したとき
は、室外冷媒流量制御弁１６の弁開度を開き、レシーバ
１５の液冷媒を逃がすようにする。この制御は、過渡
時、一定時間またはレシーバ１５内の液冷媒量が所定値
に安定するまで行う。

【００２１】次に、図１に示すレシーバ１５に取り付け
られた液量検出手段１９の実施例を図２によって説明す
る。

【００２２】図２は、レシーバ１５内を示すもので、レ
シーバ１５内には冷媒が流入および流出する配管３０，
３１が挿入され、レシーバ１５内下部に開口している。
液量検出手段１９は、２枚の電極５０ａおよび５０ｂが
一定間隙を有してレシーバ内に収納されており、各電極
には導電性の端子５１ａおよび５１ｂが取り付けられて
いる。各端子５１ａおよび５１ｂは、電気的な絶縁材５
７によって、レシーバ１５に導通することなくレシーバ
１５外に導かれ、検出器５８に結合されている。検出器
５８は、二枚の電極５０ａ，５０ｂ間の静電容量を検出
してそれを電気信号に変換し、制御装置２０（図１に示
す）へ送る働きをする。液冷媒とガス冷媒の誘電率は異
なっているので、静電容量を測定することによって、レ
シーバ１５内の液冷媒量が推定できる。

【００２３】本発明の他の実施例を図３により説明す
る。

【００２４】図３は冷凍サイクルの構成を示すもので、
図１の室外機１のレシーバと液バイパス回路を取り除い
た構成となっている。余剰冷媒は、アキュムレータ１１
に溜める構造となっており、アキュムレータ１１に液量
検出手段２９が取り付けられている。

【００２５】次に、動作について説明する。

【００２６】まず、冷房運転について説明する。

【００２７】圧縮機１０から吐出された冷媒は四方弁１
２を通って室外熱交換器１３に入り、室外ファン１４に
よって送られてきた室外空気と熱交換され、凝縮して液
冷媒となって出ていく。室外冷媒制御弁１６は全開とな
っているので液冷媒は室外冷媒制御弁１６を通過し、液
配管２２を通って分岐され、室内機１００および室内機
２００へ送られる。室内機１００，２００へ入った液冷
媒は、弁開度が調整された室内冷媒流量制御弁１０３，
２０３でそれぞれ減圧されて、室内熱交換器１０１，２
０１に入る。ここで、室内ファン１０２，２０２によっ
て送られてきた室内空気と熱交換され、室内空気は冷却
されて室内を冷房し、冷媒は蒸発し、乾き度の大きい飽
和状態の冷媒となって室内機１００，２００を出る。室
内機１００，２００を出た飽和状態の冷媒は合流され
て、ガス配管２１を通って室外機１へ入る。室外機１へ
入ったガス冷媒は四方弁１２を通過し、アキュムレータ
１１に入り、気液分離される。その後、ある乾き度をも
った冷媒がアキュムレータ１１から出て圧縮機１０へ吸
入され圧縮される。このような冷凍サイクルにおいて、
始動時や室内機の運転台数が変化した後などの過渡時、
制御装置２０はアキュムレータ１１内の液冷媒量が所定
値になるように、室内機１００，２００の室内冷媒流量
制御弁１０３，２０３の弁開度を制御する。アキュムレ
ータ１１内の液冷媒量が減少したときは、室内冷媒流量
制御弁１０３，２０３の弁開度を開き、室内機１００，
２００から出る飽和状態の冷媒の乾き度を小さくし、ア
キュムレータ１１に液冷媒が溜りやすくする。アキュム
レータ１１内の液冷媒量が増加したときは、室内冷媒流
量制御弁１０３，２０３の弁開度を閉じ、室内機100,２
００から出る飽和状態の冷媒の乾き度を大きくして、ア
キュムレータ１１に液冷媒を溜りにくくする。この制御
は、過渡時、一定時間またはアキュムレータ１１内の液
冷媒量が所定値に安定するまで行う。

【００２８】暖房運転の冷媒の流れは、図１に示した実
施例の暖房運転の場合と同様である。暖房運転の始動時
や室内機の運転台数が変化した後などの過渡時、制御装
置２０はアキュムレータ１１内の液冷媒量が所定値にな
るように、室外冷媒流量制御弁１６の弁開度を制御す
る。アキュムレータ１１の液冷媒量が減少したときは、
室外冷媒流量制御弁１６の弁開度を絞り、室外熱交換器
１３から出る冷媒の乾き度を小さくし、アキュムレータ
１１に液冷媒が溜りやすくし、アキュムレータ１１内の
液冷媒量が増加したときは、室外冷媒流量制御弁１６の
弁開度を開き、室外熱交換器１３から出る冷媒の乾き度
を大きくし、アキュムレータ１１に液冷媒を溜りにくく
する。この制御は、過渡時、一定時間またはアキュムレ
ータ１１内の液冷媒量が所定値に安定するまで行う。

【００２９】次に、図３に示すアキュムレータ１１に取
り付けられている液量検出手段２９の詳細を図４および
図５に示す。

【００３０】図４において、アキュムレータ１５には冷
媒を導入する導入管３３が挿入されアキュムレータ１５
内上部に開口している。また、冷媒が導出するＵ字形状
をした導出管３２も挿入されている。導出管３２の開口
部はアキュムレータ１５内上部に開口しており、導出管
３２の下部の曲がり部には液戻し孔３４が開けられ、液
戻し孔３４より下流側でアキュムレータ１５内上部の導
出管３２には均圧孔３５が開けられている。導出管３２
の開口部および均圧孔３５からガス冷媒が吸い込まれ、
液戻し孔３４から液冷媒が吸い込まれ、ガス冷媒と混合
されてある乾き度をもった冷媒が導出し圧縮機へ入る。
アキュムレータ１５内の液冷媒量を検出する液量検出手
段２９は、図５に示すように、円筒電極６０に電極棒６
１が絶縁材の保持材６２によって円筒状の隙間を有する
ように挿入された構造となっている。液量検出手段２９
は、アキュムレータ内壁に固定された導電性の取付け金
具６４によって円筒電極６０が保持されている。電極棒
６１には導電性の端子６３が取り付けられ、電気的な絶
縁材６５によって、アキュムレータ１５に導通すること
なくアキュムレータ１５外に導かれている。端子６３と
アキュムレータ１５との静電容量を検出器（図示せず）
によって検出することによって、円筒電極６０と電極棒
６１との円筒状の隙間の静電容量が測定でき、これによ
って円筒状の隙間の液冷媒の高さ、すなわち、アキュム
レータ１５内の液冷媒量が推定できる。

【００３１】本実施例によれば、アキュムレータ１５自
身を電気的な端子として使えるので、容器外に導くため
の電極が一本で済み、コスト低減の効果がある。

【００３２】本発明のさらに他の実施例を図６により説
明する。

【００３３】図６は冷凍サイクルの構成を示すもので、
図３に示す冷凍サイクルの室外機１の室外冷媒流量制御
弁１６と液配管２２との間にレシーバ１５を設けたもの
である。また、余剰冷媒はアキュムレータ１１とレシー
バ１５に溜められる構造となっており、アキュムレータ
１１に液量検出手段２９が取り付けられている。

【００３４】次に、動作について説明する。

【００３５】冷房運転および暖房運転ともに、冷媒の流
れは図３の実施例と同様である。また、アキュムレータ
１１内の液冷媒量の調整方法も図３の実施例と同様であ
る。

【００３６】本実施例は、余剰冷媒がアキュムレータ１
１およびレシーバ１５の両方に溜められるので、余剰冷
媒が増加しても、圧縮機の吐出ガス温度の低下などの問
題が生じない。従来の図６のような多室形空調機の室外
機１には、工場出荷時に冷媒が封入されているが、その
量は接続配管２１，２２が５ｍ程度の短い長さのとき
に、冷媒を追加封入しなくてもよい良い量であった。し
たがって、接続配管２１，２２の長さが長くなったとき
は冷媒を追加封入しなければならなかった。本実施例に
よれば、工場出荷時の冷媒封入量を増やしても、接続配
管２１，２２が短い場合でも、余剰冷媒はアキュムレー
タ１１およびレシーバ１５に溜められるので、冷媒封入
量を増やした分だけ冷媒を追加封入しなくても良い接続
配管２１，２２の長さが長くなる。これに伴って、冷媒
の追加封入作業が無くなり工事性が良くなる。さらに、
冷媒封入量を従来と同様にした場合は、余剰冷媒がアキ
ュムレータ１１およびレシーバ１５の両方に溜められる
ので、アキュムレータ１１およびレシーバ１５を小型化
でき、コスト低減の効果もある。

【００３７】以上の実施例は、１台の室外機に複数の室
内機を接続した多室形空気調和機であったが、室内機が
１台接続される空気調和機にも適用できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、余剰冷媒を速やかに容
器に溜めることができるので、吐出ガス温度の応答遅れ
や検出遅れによって生じていた弁の絞り過ぎや開き過ぎ
が無くなり、冷凍サイクルのハンチングも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す冷凍サイクルの系統
図。

【図２】液量検出手段の実施例を示すレシーバの断面
図。

【図３】本発明の第二の実施例を示す冷凍サイクルの系
統図。

【図４】液量検出手段の他の実施例を示すアキュムレー
タの断面図。

【図５】液量検出手段の断面図。

【図６】本発明の第三の実施例を示す冷凍サイクルの系
統図。

【符号の説明】

１…室外機、１０…圧縮機、１１…アキュムレータ、１
５…レシーバ、１６…室外冷媒流量制御弁、１７…液バ
イパス回路、１８…冷媒流量制御弁、１９…液量検出手
段、２０…制御装置、２１…ガス配管、２２…液配管、
６４…取付け金具、１００，２００…室内機、１０３，
２０３…室内冷媒流量制御弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日比野 陽三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，熱源側熱交換器，冷媒流量制御手
   段，利用側熱交換器及び液冷媒を溜めることができる液
   タンク，前記液タンクに前記液タンク内の液量を検出す
   る液量検出手段を含む冷凍サイクルにおいて、前記液タ
   ンク内の液量が所定量となるように制御する液量調整手
   段を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。