JPH0745975B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、膨張機構としてコントローラからの開度指令
で弁開度を調節する電動式膨張弁を用い、該膨張弁の弁
開度調節により過熱度制御を行い得るようにした冷凍装
置に関する。

（従来の技術） 従来、膨張機構に電動式膨張弁を用い、蒸発器の出入口
に温度センサーを配設して、その検出出入口温度差が所
定の過熱度（例えば５℃）になるように、コントローラ
から前記膨張弁に開度指令を与えて、該膨張弁の弁開度
を制御するようにしたものは、例えば特開昭61−36671
号公報等により知られている。

一方、実公昭60−2533号公報に開示され、又、第３図に
示すように、圧縮機（Ａ）の吐出側の高圧ガス管（HG）
から凝縮器（Ｃ）の出口側の高圧液管（HL）に、バイパ
ス管（Ｂ）を接続し、該バイパス管（Ｂ）の高圧液管側
の接続点に、三方比例弁から成る凝縮圧力制御弁（Ｘ）
を介装して、凝縮圧力が設定値以下の時、高圧ガス管
（HG）をバイパス管（Ｂ）を介して高圧液管（HL）に連
通させ、凝縮圧力が設定値を越える時、高圧ガス管（H
G）を凝縮器（Ｃ）を介して高圧液管（HL）に連通させ
ることにより、凝縮器（Ｃ）が置かれる外気条件により
凝縮圧力が変動しようとしても、常に適正な一定の凝縮
圧力に保持できるようにしたものが知られている。尚、
第３図において、（Ｖ）は膨張機構、（Ｅ）は蒸発器で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 後者の凝縮圧力制御弁（Ｘ）により凝縮圧力を一定に制
御しようとするものの膨張機構（Ｖ）として、前者の電
動式膨張弁を用いたとしても、このように、凝縮圧力を
常に一定の値に制御するものでは、その一定に制御しよ
うとする凝縮圧力値をいかに定めるかにより、必ずしも
最適な運転が行えるとは云えないのである。

すなわち、蒸発器（Ｅ）で冷却しようとする室内の熱負
荷が小さい場合等にあっては、設定過熱度を得るために
は、蒸発器（Ｅ）へ供給する冷媒量はもともと少なくて
よく、さほど高い凝縮圧力を必要としないにも拘わら
ず、通常負荷時やあるいは高負荷時を想定した凝縮圧力
では高すぎることになり、膨張弁（Ｖ）の開度は、絞ら
れた状態で使われ、該膨張弁（Ｖ）の容量は十分に足り
て余りあるのだが、圧縮機（Ａ）での仕事量のみ必要以
上に要して、冷凍サイクルにおける成績係数が悪くなる
のであった。

又、特定の負荷時を想定して、その負荷時に膨張弁
（Ｖ）の容量内ぎりぎりで過熱度制御を行わしめ成績係
数の悪化を最小に抑制できる凝縮圧力に制御することと
した場合には、当然種々の負荷に対応できないし、又、
その特定の負荷時にあっても、実際に膨張弁（Ｖ）の入
口に作用する圧力いかんによっては、膨張弁（Ｖ）の容
量不足を補うことができずに、設定過熱度を得ることが
できなくなるのであった。つまり、例えば、凝縮器
（Ｃ）と蒸発器（Ｅ）とを連絡する連絡配管が長い場合
等には、高圧液管（HL）での圧力損失が大きくなり、膨
張弁（Ｖ）の入口に至った時の圧力が低下して、該膨張
弁（Ｖ）は全開状態にしても所定の設定過熱度が得られ
ない事態が起こるのであった。

本発明の目的は、電動式膨張弁での容量不足を、その不
足分に見合う最小の凝縮圧力の増加で補うこととして、
負荷のいかんに拘わらず成績係数の改善を図りながら所
定の過熱度を得ることができると共に、膨張弁入口での
圧力値にも影響もされないで過熱度制御を行うことがで
きる冷凍装置を提供する点にある。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明では、圧縮機（１）と、凝縮器（２）と
コントローラ（７）からの開度指令で弁開度を調節する
電動式膨張弁（４）と、蒸発器（５）とからなり、前記
膨張弁（４）の弁開度調節により加熱度制御を行うよう
にした冷凍装置において、高圧液管（HL）に、弁開度を
調節して凝縮圧力を制御する二方の電動弁（８）を介装
すると共に、前記凝縮器（２）を、冷媒が並流する第１
熱交換管部（2a）と第２熱交換管部（2b）とから形成
し、前記第１熱交換管部（2a）の出口を、前記電動弁
（８）の入口側の高圧液管（HL）に接続し、前記第２熱
交換管部（2b）の出口を、前記電動弁（８）の出口側の
高圧液管（HL）にバイパス管（９）を介して接続する一
方、前記コントローラ（７）に、制御過熱度（SH）が設
定過熱度（α）を上回り、かつ、前記膨張弁（４）が略
全開の時、前記電動弁（８）の弁開度を閉側に調節し、
凝縮圧力を制御する凝縮圧力制御手段を設けたことを特
徴とするものである。

（作用） 制御過熱度（SH）が設定過熱度（α）を上回り、かつ、
電動式膨張弁（４）略全開で、もはや該膨張弁（４）は
容量不足で過熱度制御不能となる時には、電動弁（８）
は閉側に調節されて凝縮圧力が引上げられ、この引上げ
られた圧力がバイパス管（９）を介して膨張弁（４）の
入口に作用することにより、膨張弁（４）の出入口の圧
力勾配が大きく確保されて、蒸発器（５）への供給冷媒
量を多くでき、制御過熱度（SH）は設定過熱度（α）に
向けて低下されることになる。従って、凝縮圧力は設定
過熱度（α）を得るに必要な最小の値に抑制され、成績
係数が改善できることになる。

（実施例） 第１図に示すものは、年間を通じて冷房を専用に受け持
つ例えば電子計算機室用の冷凍装置であって、圧縮機
（１）の吐出側から吸入側にかけて、凝縮器（２）、受
液器（３）、電動式膨張弁（４）、蒸発器（５）を順次
冷媒配管（６）で接続して冷凍サイクルを形成したもの
である。

前記圧縮機（１）、膨張弁（４）及び蒸発器（５）は、
室内ユニット（U1）に配設され、又、前記凝縮器（２）
及び受液器（３）は、室外ユニット（U2）にそれぞれ配
設されており、両ユニット（U1）（U2）間は、連絡配管
（11）（12）で接続されている。

前記電動式膨張弁（４）は、弁開度を駆動調節するため
に例えばパルスモータ等を内蔵する電動部（40M）を備
え、蒸発器（５）の出口に各々介装する圧力センサー
（41）及び出口温度センサー（42）により、蒸発器
（５）出口の冷媒の過熱度を検出し、これに基づいてコ
ントローラ（７）から膨張弁（４）に開度指令を与え、
所定の過熱度（例えば５℃）を得るようにしている。該
膨張弁（４）の弁開度は全閉（開度０％）から全開（開
度100％）まで調節できるようになっており、その開度
変化範囲（０〜100％）を、電動部（40M）に与えるパル
ス信号（０〜2000パルス）に対応させその開度調節を行
うようにしている。

以上の構成において、凝縮器（２）と膨張弁（４）との
間の高圧液管（HL）に、弁開度を調節して凝縮圧力を制
御する二方の電動弁（８）を介装する。該電動弁（８）
は、電動式膨張弁（４）と同様電動部（80M）を備え、
弁開度（０〜100％）をコントローラ（７）から与える
パルス信号（０〜2000パルス）に対応させている。

又、前記凝縮器（２）は、９本の熱交換管（20）…を並
設してなり、各熱交換管（20）……の入口はヘッダー
（2c）に接続される一方、第１熱交換管部（2a）となる
８本の熱交換管（20）…の出口の分流器（10）を介して
前記電動弁（８）の入口側の高圧液管（HL）に接続さ
れ、第２熱交換管部（2b）となる１本の熱交換管（20）
の出口はバイパス管（９）を介して前記電動弁（８）の
出口側の高圧液管（HL）に接続されている。このバイパ
ス管（９）の内径は、例えば熱交換管（20）の内径が7.
4φに対し4.8φのものである。

そして、コントローラ（７）に、膨張弁（４）による制
御過熱度（SH）が設定過熱度（α＝10℃）を上回り、か
つ、膨張弁（４）が略全開の時、電動弁（８）の弁開度
を閉側に調節し凝縮圧力を制御する凝縮圧力制御手段を
設ける。尚、制御過熱度（SH）が設定過熱度（α＝10
℃）を下回り、かつ、電動弁（８）が非全開の時、該電
動弁（８）の弁開度を開側に調節している。この凝縮圧
力制御手段は、第２図に示す手順に従って処理を行うも
のであり、以下詳述する。

まず、現時点で膨張弁（４）により制御されている制
御過熱度（SH）が、設定過熱度（α＝10℃）を上回るか
否かを判別する。

設定過熱度（α＝10℃）を上回る時、膨張弁（４）に
与えられている開度指令が1800パルスか否か、すなわ
ち、該膨張弁（４）の弁開度が略全開か否かを判別す
る。

尚、前記膨張弁（４）の弁開度の判別基準を略全開であ
る1800パルスとした理由は、1800パルスに相当する弁開
度以上では膨張弁の特性上、弁開度の増加に比例して冷
媒量が増加しないこと、及び制御の応答性を早くするた
めである。しかし、実用上は全開である2000パルスの弁
開度を判別基準としても差し支えない。

略全開（YES）の場合、膨張弁（４）の容量だけでは
もはや冷媒量調節が不可能であるため、ここで、電動弁
（８）を閉側に閉じてやる。１回の閉操作は、例えば40
パルス分に相当する開度を閉じるものであり、こうし
て、凝縮圧力つまりは高圧液管（HL）の圧力が上昇され
る。これは、電動弁（８）を閉側に調節すると、凝縮器
（２）における第１熱交換管部（2a）内の凝縮液冷媒の
流通に抵抗が付いて該凝縮器（２）で凝縮液冷媒が溜り
気味となり、凝縮圧力が引上げられて、この引上げられ
た圧力が、第１熱交換管部（2a）及びバイパス管（９）
を介して高圧液管（HL）に作用されるからである。そし
て、この引上げられた圧力が膨張弁（４）の入口側に作
用して、該膨張弁（４）の出口側との圧力勾配が大きく
確保されることとなり、これにより、該膨張弁（４）を
通って蒸発器（５）に供給される冷媒量を多くでき、少
ない冷媒量で過剰な過熱が行われていた状態が回避され
て、設定過熱度10℃に向けて制御過熱度（SH）は低下し
ていくことになるのである。

こうして約30秒後、再び、現時点での制御過熱度（S
H）を判別する処理にリターンさせる。

尚、上記処理で、未だ膨張弁（４）の開度が略全開
でない場合には、該膨張弁（４）を開くことにより制御
過熱度（SH）を低く調節できるのから、電動弁（８）を
閉側に調節することなく、処理にリターンさせてや
る。

一方、処理で現時点で制御されている制御過熱度
（SH）が設定過熱度10℃を下回る時には、電動弁（８）
が全開か否かを判別する。

電動弁（８）が全開でない場合には、該電動弁（８）
を、今度は40パルス分だけ開けてやる。これは、制御過
熱度（SH）が10℃を下回る時には、電動弁（８）を全開
方向に調節した状態で出来るだけ膨張弁（４）による通
常の過熱度制御を行うことゝして、凝縮圧力を低減して
圧縮機（１）の仕事量を減らし、成績係数を改善せんが
ためである。

但し、上記処理で、既に、電動弁（８）が全開とな
っている場合には、これ以上開くことができないので、
何もしないで、30秒の待ち時間後に上記処理にリター
ンさせてやる。

以上のように、処理で現時点で制御されている実際の
制御過熱度（SH）が設定過熱度10℃を上回り、もはや、
膨張弁（４）では過熱度制御不能となる時にあっては、
処理で電動弁（８）を閉側に調節することにより、凝
縮圧力を引上げて膨張弁（４）の容量不足を補い、設定
過熱度10℃に調節できるのであり、一方、制御過熱度
（SH）が、設定過熱度10℃を下回る場合には、処理で
電動弁（８）を開側に戻してやることにより、凝縮圧力
を、設定過熱度10℃を得るに必要な最小の値に抑制で
き、成績係数の改善が行えるのである。

又、このように、まず、膨張弁（４）の開度調節が優先
され、該膨張弁（４）が略全開まで開かれて容量不足と
なった時に始めて不足容量分を補って設定過熱度10℃を
得るに必要な最小限の凝縮圧力に調節するものであり、
しかも、凝縮圧力を幾らに調節するのかは問わないので
あるから、連絡配管（12）での配管抵抗等により圧力損
失が生じて膨張弁（４）に入力される圧力がバイパス管
（９）の接続点に対して低下したとしても、膨張弁
（４）の容量不足を補うまで電動弁（８）による凝縮圧
力の調節が行われるから、圧力損失等に影響されずに、
設定過熱度10℃に良好に制御できるのである。

又、この場合、前記電動弁（８）が全閉となっても、液
冷媒が凝縮器（２）の第１熱交換管部（2a）、バイパス
管（９）を通り、前記電動弁（８）の出口側の高圧液管
（HL）に流れることになり、運転が継続できる。

尚、上記実施例では、冷房専用の冷凍装置について説明
したが、ヒートポンプ式冷凍装置における蒸発器での過
熱度制御に適用することもできるのは云うまでもない。

（発明の効果） 以上のように本発明では、凝縮器（２）と電動式膨張弁
（４）との間の高圧液管（HL）に、弁開度を調節して凝
縮圧力を制御する電動弁（８）を介装し、かつ、前記凝
縮器（２）を、冷媒が並流する第１熱交換管部（2a）と
第２熱交換管部（2b）とから形成し、前記第１熱交換管
部（2a）の出口を、前記電動弁（８）の入口側の高圧液
管（HL）に接続し、前記第２熱交換管部（2b）の出口
を、前記電動弁（８）の出口側の高圧液管（HL）にバイ
パス管（９）を介して接続して、膨張弁（４）での制御
過熱度（SH）が設定過熱度（α）を上回り、かつ、膨張
弁（４）が略全開の時、電動弁（８）の弁開度を閉側に
調節するようにしたから、膨張弁（４）での容量不足
を、その不足分に見合う最小の凝縮圧力の増加で補うこ
とができ、負荷のいかんに拘わらず成績係数の改善を図
りながら設定過熱度（α）を得ることができると共に、
膨張弁（４）の入口での圧力値にも影響もされないでそ
の過熱度制御を行うことができるのである。

又、二方の電動弁（８）を用いたことにより、従来の三
方形式の弁よりも小型化、低コスト化を図ることができ
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る冷凍装置の回路図、第２図は同冷
凍装置における過熱度制御の制御手順を示すフローチャ
ート、第３図は従来例の回路図である。 （１）……圧縮機 （２）……凝縮器 （2a）……第１熱交換管部 （2b）……第２熱交換管部 （４）……電動式膨張弁 （５）……蒸発器 （６）……冷媒配管 （７）……コントローラ （８）……電動弁 （９）……バイパス管 （HL）……高圧液管 （α）……設定過熱度 （SH）……制御過熱度

フロントページの続き (72)発明者 大島 一夫 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 植草 常雄 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 樋口 晶夫 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 吉田 昌弘 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 北野 茂一 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 近藤 功 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 玉腰 光市郎 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）と、凝縮器（２）と、コント
   ローラ（７）からの開度指令で弁開度を調節する電動式
   膨張弁（４）と、蒸発器（５）とからなり、前記膨張弁
   （４）の弁開度調節により過熱度制御を行うようにした
   冷凍装置において、高圧液管（HL）に、弁開度を調節し
   て凝縮圧力を制御する二方の電動弁（８）を介装すると
   共に、前記凝縮器（２）を、冷媒が並流する第１熱交換
   管部（2a）と第２熱交換管部（2b）とから形成し、前記
   第１熱交換管部（2a）の出口を、前記電動弁（８）の入
   口側の高圧液管（HL）に接続し、前記第２熱交換管部
   （2b）の出口を、前記電動弁（８）の出口側の高圧液管
   （HL）にバイパス管（９）を介して接続する一方、前記
   コントローラ（７）に、制御過熱度（SH）が設定過熱度
   （α）を上回り、かつ、前記膨張弁（４）が略全開の
   時、前記電動弁（８）の弁開度を閉側に調節し、凝縮圧
   力を制御する凝縮圧力手段を設けたことを特徴とする冷
   凍装置。