JPH0949662A - 圧縮式空調機 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リザーバーを用いることなく、圧縮式空調機
の成績係数ＣＯＰをほぼ最大にすること。 【解決手段】 冷媒を超臨界圧力に圧縮する圧縮機と、
該圧縮機に接続され、圧縮機から吐出された冷媒を冷却
する冷却器と、該冷却器に接続され、冷却された冷媒を
臨界圧力以下に膨張する膨張手段と、該膨張手段に接続
され、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを有し、１
つの閉回路を形成するように該蒸発器が前記圧縮機に接
続されてなる圧縮空調機において、前記圧縮空調機は、
前記冷却器内の冷媒量を常に一定に維持する制御手段２
０ｃを有することを特徴とする圧縮式空調機としたこ
と。
の成績係数ＣＯＰをほぼ最大にすること。 【解決手段】 冷媒を超臨界圧力に圧縮する圧縮機と、
該圧縮機に接続され、圧縮機から吐出された冷媒を冷却
する冷却器と、該冷却器に接続され、冷却された冷媒を
臨界圧力以下に膨張する膨張手段と、該膨張手段に接続
され、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを有し、１
つの閉回路を形成するように該蒸発器が前記圧縮機に接
続されてなる圧縮空調機において、前記圧縮空調機は、
前記冷却器内の冷媒量を常に一定に維持する制御手段２
０ｃを有することを特徴とする圧縮式空調機としたこ
と。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超臨界で作動する
圧縮式空調機に関する。
圧縮式空調機に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧縮式空調機は、冷媒を圧縮する圧縮機
と、圧縮機から吐出された冷媒を他の熱交換媒体と熱交
換することにより冷却する冷却器と、冷却された冷媒を
膨張する膨張手段と、膨張された冷媒を他の熱交換媒体
と熱交換することにより蒸発させる蒸発器とを有し、こ
れらが１つの閉回路を形成するように直列に接続され
る。蒸発器にて冷媒が蒸発される際に、他の熱交換媒体
である空気等から熱を奪い、冷気が得られる。
と、圧縮機から吐出された冷媒を他の熱交換媒体と熱交
換することにより冷却する冷却器と、冷却された冷媒を
膨張する膨張手段と、膨張された冷媒を他の熱交換媒体
と熱交換することにより蒸発させる蒸発器とを有し、こ
れらが１つの閉回路を形成するように直列に接続され
る。蒸発器にて冷媒が蒸発される際に、他の熱交換媒体
である空気等から熱を奪い、冷気が得られる。
【０００３】従来、この種の圧縮式空調機のサイクル内
において冷媒が亜臨界圧力で作動していたのに対し、米
国特許第４２０５５３２号明細書にて、閉回路の高圧側
部分、即ち、冷却器内の冷媒を超臨界圧力にし、冷却器
での熱交換効率を高め、空調機の熱効率を高めることが
提案されている。これによれば、更に、圧縮比の低い、
二酸化炭素（ＣＯ2 ）やエタン（Ｃ2 Ｈ6 ）を冷媒とし
て使用可能となる。これら物質の冷媒の使用は、圧縮効
率を高めることができるだけでなく、オゾン層を破壊す
る従来の冷媒（Ｒ−１２）に代わる新冷媒を強く要求し
ている現在の時代にとって、有益である。
において冷媒が亜臨界圧力で作動していたのに対し、米
国特許第４２０５５３２号明細書にて、閉回路の高圧側
部分、即ち、冷却器内の冷媒を超臨界圧力にし、冷却器
での熱交換効率を高め、空調機の熱効率を高めることが
提案されている。これによれば、更に、圧縮比の低い、
二酸化炭素（ＣＯ2 ）やエタン（Ｃ2 Ｈ6 ）を冷媒とし
て使用可能となる。これら物質の冷媒の使用は、圧縮効
率を高めることができるだけでなく、オゾン層を破壊す
る従来の冷媒（Ｒ−１２）に代わる新冷媒を強く要求し
ている現在の時代にとって、有益である。
【０００４】超臨界圧で作動するこの圧縮式空調機の比
冷凍出力を制御する方法が、ヨーロッパ特許明細書ＥＰ
０４２４４７４Ｂ１に示されている。この方法において
は、閉回路内にリザーバーを介装し、膨張手段の調整に
よりリザーバー内の冷媒量（ＣＯ2 等) を変えることに
より、高圧側の圧力が制御され、比冷凍出力が制御され
る。
冷凍出力を制御する方法が、ヨーロッパ特許明細書ＥＰ
０４２４４７４Ｂ１に示されている。この方法において
は、閉回路内にリザーバーを介装し、膨張手段の調整に
よりリザーバー内の冷媒量（ＣＯ2 等) を変えることに
より、高圧側の圧力が制御され、比冷凍出力が制御され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように制御さ
れる圧縮式空調機においては、冷却器出口の温度もしく
は外気温に従属的に高圧側圧力を最適に制御することに
より、空調機の成績係数ＣＯＰを最大にすることが可能
である。尚、冷却器出口の各温度或いは各外気温に対し
て空調機の成績係数ＣＯＰを最大にする最適な高圧側圧
力は、実験もしくは計算により定められる。
れる圧縮式空調機においては、冷却器出口の温度もしく
は外気温に従属的に高圧側圧力を最適に制御することに
より、空調機の成績係数ＣＯＰを最大にすることが可能
である。尚、冷却器出口の各温度或いは各外気温に対し
て空調機の成績係数ＣＯＰを最大にする最適な高圧側圧
力は、実験もしくは計算により定められる。
【０００６】しかしながら、この従来の圧縮式空調機に
おいては、リザーバーが閉回路内に介装されねばならな
いため、容積や重量について大きな制約がある分野及び
場所への適用の際には、このリザーバーが大きな障害と
なる。更に、リザーバーにより空調機の製作コストが増
大すると共に空調機の設計上の手間ひまも増大する。
おいては、リザーバーが閉回路内に介装されねばならな
いため、容積や重量について大きな制約がある分野及び
場所への適用の際には、このリザーバーが大きな障害と
なる。更に、リザーバーにより空調機の製作コストが増
大すると共に空調機の設計上の手間ひまも増大する。
【０００７】また、上記した従来の圧縮式空調機におい
ては、リザーバー内の液相の冷媒量を変えることによ
り、高圧側圧力を制御するため、リザーバー内に液相の
冷媒量を貯えることを前提とする。そのため、蒸発器よ
り過熱蒸気がリザーバー内に入ると液相の冷媒が蒸発し
てしまうため、蒸発器からは常に飽和蒸気がリザーバー
内に供給されねばならない。これによる冷凍出力の低下
を防ぐために、従来の空調機においては、蒸発器から圧
縮機へ供給される気相冷媒と冷却器から膨張弁へ供給さ
れる冷媒の間で熱交換を行う対向流式熱交換器を更に必
要とする。その結果、空調機の容積及び重量が更に増大
すると共に空調機の製作コストが更に増大する。
ては、リザーバー内の液相の冷媒量を変えることによ
り、高圧側圧力を制御するため、リザーバー内に液相の
冷媒量を貯えることを前提とする。そのため、蒸発器よ
り過熱蒸気がリザーバー内に入ると液相の冷媒が蒸発し
てしまうため、蒸発器からは常に飽和蒸気がリザーバー
内に供給されねばならない。これによる冷凍出力の低下
を防ぐために、従来の空調機においては、蒸発器から圧
縮機へ供給される気相冷媒と冷却器から膨張弁へ供給さ
れる冷媒の間で熱交換を行う対向流式熱交換器を更に必
要とする。その結果、空調機の容積及び重量が更に増大
すると共に空調機の製作コストが更に増大する。
【０００８】それゆえ、本発明は、リザーバーを用いる
ことなく、当該圧縮式空調機の成績係数ＣＯＰをほぼ最
大にすることを、その技術的課題とする。
ことなく、当該圧縮式空調機の成績係数ＣＯＰをほぼ最
大にすることを、その技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に講じた手段は、冷媒を超臨界圧力に圧縮する圧縮機
と、該圧縮機に接続され、圧縮機から吐出された冷媒を
冷却する冷却器と、該冷却器に接続され、冷却された冷
媒を臨界圧力以下に膨張する膨張手段と、該膨張手段に
接続され、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを有
し、１つの閉回路を形成するように該蒸発器が前記圧縮
機に接続されてなる圧縮式空調機において、前記膨張手
段は、前記冷却器内における冷媒の温度に関係なく、前
記冷却器内の冷媒量を一定に維持する制御手段を設けた
こと、である。
に講じた手段は、冷媒を超臨界圧力に圧縮する圧縮機
と、該圧縮機に接続され、圧縮機から吐出された冷媒を
冷却する冷却器と、該冷却器に接続され、冷却された冷
媒を臨界圧力以下に膨張する膨張手段と、該膨張手段に
接続され、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを有
し、１つの閉回路を形成するように該蒸発器が前記圧縮
機に接続されてなる圧縮式空調機において、前記膨張手
段は、前記冷却器内における冷媒の温度に関係なく、前
記冷却器内の冷媒量を一定に維持する制御手段を設けた
こと、である。
【００１０】一定運転の下、蒸発器を介して得られる所
望の冷却温度が維持されている時、圧縮式空調機の成績
係数ＣＯＰは、冷却器の出口温度に一番大きく依存す
る。冷却器の出口温度が低ければ低いほど、成績係数Ｃ
ＯＰは良くなり、そのために冷却器は外気温に関係な
く、常に高い放熱性能を要求される。
望の冷却温度が維持されている時、圧縮式空調機の成績
係数ＣＯＰは、冷却器の出口温度に一番大きく依存す
る。冷却器の出口温度が低ければ低いほど、成績係数Ｃ
ＯＰは良くなり、そのために冷却器は外気温に関係な
く、常に高い放熱性能を要求される。
【００１１】上記手段によれば、冷却器内の冷媒温度に
関係なく、冷却器内の冷媒量が膨張手段により一定に維
持され、冷媒密度及び冷媒流速が共に最適値に保たれる
ので、冷却器は常に最も有効に機能する（最大放熱効率
を維持する）。従って、外気温の変動に係わらず、各外
気温条件下で空調機の成績係数ＣＯＰをほぼ最大にする
ことが可能となる。
関係なく、冷却器内の冷媒量が膨張手段により一定に維
持され、冷媒密度及び冷媒流速が共に最適値に保たれる
ので、冷却器は常に最も有効に機能する（最大放熱効率
を維持する）。従って、外気温の変動に係わらず、各外
気温条件下で空調機の成績係数ＣＯＰをほぼ最大にする
ことが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従った圧縮式空調
機の実施例を図面に基づき、説明する。
機の実施例を図面に基づき、説明する。
【００１３】図１は、本発明の第１実施例を示す。図１
において、圧縮空調機１０は、冷媒（二酸化炭素（ＣＯ
2 ）) を超臨界圧力に圧縮する圧縮機１１と、該圧縮機
１１の吐出口に管路１６を介して接続され、圧縮機１１
から吐出された冷媒を外気と熱交換して冷却する冷却器
１２と、該冷却器１２に管路１７を介して接続され、冷
却された冷媒を臨界圧力以下に膨張する膨張弁１３と、
該膨張弁に管路１８を介して接続され、膨張された冷媒
を外気と熱交換して蒸発させる蒸発器１４とを有してい
る。これら構成要素により１つの閉回路が形成されるよ
うに、蒸発器１４が管路１９を介して圧縮機１１の吸入
口に接続されている。本実施例においては、管路１７及
び管路１９に、対向流式熱交換器１５が介装されてい
る。尚、この対抗流式熱交換器１５は、省くことは可能
である。
において、圧縮空調機１０は、冷媒（二酸化炭素（ＣＯ
2 ）) を超臨界圧力に圧縮する圧縮機１１と、該圧縮機
１１の吐出口に管路１６を介して接続され、圧縮機１１
から吐出された冷媒を外気と熱交換して冷却する冷却器
１２と、該冷却器１２に管路１７を介して接続され、冷
却された冷媒を臨界圧力以下に膨張する膨張弁１３と、
該膨張弁に管路１８を介して接続され、膨張された冷媒
を外気と熱交換して蒸発させる蒸発器１４とを有してい
る。これら構成要素により１つの閉回路が形成されるよ
うに、蒸発器１４が管路１９を介して圧縮機１１の吸入
口に接続されている。本実施例においては、管路１７及
び管路１９に、対向流式熱交換器１５が介装されてい
る。尚、この対抗流式熱交換器１５は、省くことは可能
である。
【００１４】膨張弁１３は、図２に示すように、ハウジ
ング２０と、ダイアフラム２１と、弁体２２と、制御ば
ね２４と、調整手段２５とから成る。ハウジング２０内
には、ダイアフラム２１により、第１圧力室２０ａ、第
２圧力室２０ｂ、第３圧力室２０ｃが区画形成され、第
１圧力室２０ａには、管路１７が気密的に連通され、第
２圧力室２０ｂには、管路１８が気密的に連通される。
第１圧力室２０ａと第２圧力室２０ｂ間には、連通孔を
有する弁座部２３が形成されており、該連通孔を介した
両圧力室の連通が、ダイアフラム２１に固定され、第１
圧力室２０ａ内に収容される弁体２２により制御され
る。第３圧力室２０ｃには、冷却器１２の出口に装着さ
れ、冷却器１２の出口の冷媒の温度に応じて容積変化を
するアルコール等の充填材が充填された管路２６が連通
されている。また、第３圧力室２０ｃ内には、ダイアフ
ラム２１にその一端を支持され、その他端が調整手段２
５に支持された制御ばね２４が収容されており、該制御
ばね２４は常時弁体２２を弁座部２３に着座する方向に
付勢している。調整手段２５は、シール部材２７を介し
て気密的にハウジング２０の外に突出しており、外部よ
り制御ばね２４の荷重を調節可能となっている。
ング２０と、ダイアフラム２１と、弁体２２と、制御ば
ね２４と、調整手段２５とから成る。ハウジング２０内
には、ダイアフラム２１により、第１圧力室２０ａ、第
２圧力室２０ｂ、第３圧力室２０ｃが区画形成され、第
１圧力室２０ａには、管路１７が気密的に連通され、第
２圧力室２０ｂには、管路１８が気密的に連通される。
第１圧力室２０ａと第２圧力室２０ｂ間には、連通孔を
有する弁座部２３が形成されており、該連通孔を介した
両圧力室の連通が、ダイアフラム２１に固定され、第１
圧力室２０ａ内に収容される弁体２２により制御され
る。第３圧力室２０ｃには、冷却器１２の出口に装着さ
れ、冷却器１２の出口の冷媒の温度に応じて容積変化を
するアルコール等の充填材が充填された管路２６が連通
されている。また、第３圧力室２０ｃ内には、ダイアフ
ラム２１にその一端を支持され、その他端が調整手段２
５に支持された制御ばね２４が収容されており、該制御
ばね２４は常時弁体２２を弁座部２３に着座する方向に
付勢している。調整手段２５は、シール部材２７を介し
て気密的にハウジング２０の外に突出しており、外部よ
り制御ばね２４の荷重を調節可能となっている。
【００１５】このように構成される膨張弁１３は、本実
施例においては、制御ばね２４のストローク−荷重特性
及びダイアフラム径の設定により、凝縮器１２内の冷
媒、即ち、管路１７内の冷媒の比質量が常にρ＝０．６
ｋｇ／ｌになるように、第１圧力室２０ａと第２圧力室
２０ｂ間の連通を制御する。尚、一定に維持される比質
量の値は、冷却器の冷却性能が最大である時の値であ
る。
施例においては、制御ばね２４のストローク−荷重特性
及びダイアフラム径の設定により、凝縮器１２内の冷
媒、即ち、管路１７内の冷媒の比質量が常にρ＝０．６
ｋｇ／ｌになるように、第１圧力室２０ａと第２圧力室
２０ｂ間の連通を制御する。尚、一定に維持される比質
量の値は、冷却器の冷却性能が最大である時の値であ
る。
【００１６】以上の構成において、圧縮機１１により超
臨界圧力に圧縮された冷媒は、冷却器１２にて外気と熱
交換して冷却され、対向流式熱交換器１５により更に冷
却される。冷却された高圧の冷媒は、膨張弁１３によ
り、急激に膨張され、２相の気体／液体混合物になる。
冷媒は、蒸発器１４にて室内気と熱交換され液相の蒸発
により熱を吸収すると共に室内気を冷却する。冷媒蒸気
は、対向流式熱交換器１５で加熱され、圧縮機１１に吸
入される。
臨界圧力に圧縮された冷媒は、冷却器１２にて外気と熱
交換して冷却され、対向流式熱交換器１５により更に冷
却される。冷却された高圧の冷媒は、膨張弁１３によ
り、急激に膨張され、２相の気体／液体混合物になる。
冷媒は、蒸発器１４にて室内気と熱交換され液相の蒸発
により熱を吸収すると共に室内気を冷却する。冷媒蒸気
は、対向流式熱交換器１５で加熱され、圧縮機１１に吸
入される。
【００１７】このように、圧縮機１１が一定流量の冷媒
を供給し、蒸発器１４により所望の冷却温度が得られて
いる際に、外気温が上昇すると、空調機の成績係数ＣＯ
Ｐが図８にグラフＡで示すように低下する。この時、成
績係数ＣＯＰは、冷却器１２の出口温度に一番大きく依
存する。冷却器１２の出口温度を低くできれば、成績係
数ＣＯＰの低下を抑えることができる。本実施例によれ
ば、冷却器１２内の冷媒温度に関係なく、冷却器１２内
の冷媒の比質量が常に一定（ρ＝０．６ｋｇ／ｌ）とな
るように、膨張弁１３により凝縮器１２の出口の冷媒温
度に対して、冷却器１２内の冷媒圧力が図３に示すよう
に制御される。例えば、図２において、冷却器１２の出
口温度が上昇して、第３圧力室２０ｃの圧力が高くなる
と、弁体２２が第１及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の
連通を遮断し（絞りを大きくし）、冷却器１２内の冷媒
圧力を高め、また逆に冷却器１２の出口温度が低下し
て、第３圧力室２０ｃの圧力が低くなると、弁体２２が
第１及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の連通を許容し
（絞りを小さくし）、冷却器１２内の冷媒圧力を下げ
る。
を供給し、蒸発器１４により所望の冷却温度が得られて
いる際に、外気温が上昇すると、空調機の成績係数ＣＯ
Ｐが図８にグラフＡで示すように低下する。この時、成
績係数ＣＯＰは、冷却器１２の出口温度に一番大きく依
存する。冷却器１２の出口温度を低くできれば、成績係
数ＣＯＰの低下を抑えることができる。本実施例によれ
ば、冷却器１２内の冷媒温度に関係なく、冷却器１２内
の冷媒の比質量が常に一定（ρ＝０．６ｋｇ／ｌ）とな
るように、膨張弁１３により凝縮器１２の出口の冷媒温
度に対して、冷却器１２内の冷媒圧力が図３に示すよう
に制御される。例えば、図２において、冷却器１２の出
口温度が上昇して、第３圧力室２０ｃの圧力が高くなる
と、弁体２２が第１及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の
連通を遮断し（絞りを大きくし）、冷却器１２内の冷媒
圧力を高め、また逆に冷却器１２の出口温度が低下し
て、第３圧力室２０ｃの圧力が低くなると、弁体２２が
第１及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の連通を許容し
（絞りを小さくし）、冷却器１２内の冷媒圧力を下げ
る。
【００１８】従って、本実施例においては、常に冷却器
１２内の冷媒の充填量、即ち、比質量が一定に保たれ、
冷却器１２の冷却性能が最適に維持される（常に一定の
熱伝達係数が予期され得る）。それゆえ、外気温の上昇
によって冷却器１２の出口温度が変化するのを極力抑
え、成績係数ＣＯＰの低下を抑えることができ、各外気
温下でほぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持することができ
る。図３に本実施例における空調機の成績係数ＣＯＰと
冷却器１２の出口温度の関係を示す。この成績係数ＣＯ
Ｐの勾配は、冷却器出口の各温度或いは各外気温に対し
て空調機の成績係数ＣＯＰを最大にするようにリザーバ
ーを用いて高圧側圧力を最適に制御する従来の空調機の
成績係数ＣＯＰを示す図８のグラフＢとほぼ同等であ
る。
１２内の冷媒の充填量、即ち、比質量が一定に保たれ、
冷却器１２の冷却性能が最適に維持される（常に一定の
熱伝達係数が予期され得る）。それゆえ、外気温の上昇
によって冷却器１２の出口温度が変化するのを極力抑
え、成績係数ＣＯＰの低下を抑えることができ、各外気
温下でほぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持することができ
る。図３に本実施例における空調機の成績係数ＣＯＰと
冷却器１２の出口温度の関係を示す。この成績係数ＣＯ
Ｐの勾配は、冷却器出口の各温度或いは各外気温に対し
て空調機の成績係数ＣＯＰを最大にするようにリザーバ
ーを用いて高圧側圧力を最適に制御する従来の空調機の
成績係数ＣＯＰを示す図８のグラフＢとほぼ同等であ
る。
【００１９】またこのとき、冷却器１２内の冷媒圧力
は、図３に示すように、冷却器１２の出口における冷媒
温度の上昇に対してほぼ比例的に増加している。このよ
うに、冷却器内の冷媒圧力を冷却器出口の冷媒温度対し
て比例的に変化させることにより、冷媒の比質量をほぼ
一定に維持させ得る。
は、図３に示すように、冷却器１２の出口における冷媒
温度の上昇に対してほぼ比例的に増加している。このよ
うに、冷却器内の冷媒圧力を冷却器出口の冷媒温度対し
て比例的に変化させることにより、冷媒の比質量をほぼ
一定に維持させ得る。
【００２０】また、冷却器１２内、即ち、高圧側の冷媒
量が一定ということは、低圧側の冷媒量もまた一定であ
るので、リザーバーを不要にすることができる。
量が一定ということは、低圧側の冷媒量もまた一定であ
るので、リザーバーを不要にすることができる。
【００２１】図４及び図５に、本発明に従った圧縮式空
調機の第２実施例を示す。図４及び図５において、上記
した第１実施例と同じ構成には、図１及び図２で用いた
番号符号と同じ番号符号が付してある。図４及び図５に
おいて、膨張弁１１３は、上記した第１実施例の膨張弁
１３に、蒸発器１４の負荷に応じた冷媒量を供給する機
能が加えられている。
調機の第２実施例を示す。図４及び図５において、上記
した第１実施例と同じ構成には、図１及び図２で用いた
番号符号と同じ番号符号が付してある。図４及び図５に
おいて、膨張弁１１３は、上記した第１実施例の膨張弁
１３に、蒸発器１４の負荷に応じた冷媒量を供給する機
能が加えられている。
【００２２】膨張弁１１３には、上記したハウジング２
０にサブハウジング３０が並設されており、同サブハウ
ジング３０の内部には、ダイアフラム３１により第４圧
力室３０ａと第５圧力室３０ｂが区画形成されている。
第４圧力室３０ａには、蒸発器１４の出口の冷媒を導く
管路３３が連通され、第５圧力室３０ｂには、蒸発器１
４の出口に装着され、蒸発器１４の出口の冷媒の温度に
応じて容積変化をするアルコール等の充填材が充填され
た管路３４が連通されている。弁体２２には、ロッド３
２の一端が固定されており、該ロッド３２の他端は、シ
ール部材３５を介して気密的に第２圧力室２０ｂから第
４圧力室３０ａに延び、ダイアフラム３１に固定されて
いる。これにより、第４圧力室３０ａと第５圧力室３０
ｂ間の圧力差に応じて、弁体２２は移動可能となってい
る。
０にサブハウジング３０が並設されており、同サブハウ
ジング３０の内部には、ダイアフラム３１により第４圧
力室３０ａと第５圧力室３０ｂが区画形成されている。
第４圧力室３０ａには、蒸発器１４の出口の冷媒を導く
管路３３が連通され、第５圧力室３０ｂには、蒸発器１
４の出口に装着され、蒸発器１４の出口の冷媒の温度に
応じて容積変化をするアルコール等の充填材が充填され
た管路３４が連通されている。弁体２２には、ロッド３
２の一端が固定されており、該ロッド３２の他端は、シ
ール部材３５を介して気密的に第２圧力室２０ｂから第
４圧力室３０ａに延び、ダイアフラム３１に固定されて
いる。これにより、第４圧力室３０ａと第５圧力室３０
ｂ間の圧力差に応じて、弁体２２は移動可能となってい
る。
【００２３】この第２実施例においては、上記した第１
実施例と同様に、冷却器１２内の冷媒温度に関係なく、
冷却器１２内の冷媒の比質量が常にほぼ一定（ρ＝０．
６ｋｇ／ｌ）となるように、膨張弁１１３により冷却器
１２の出口の冷媒温度に対して、冷却器１２内の冷媒圧
力が図３に示すように制御される。これにより、外気温
の上昇による成績係数ＣＯＰの低下を抑えることがで
き、各外気温下でほぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持する
ことができる。
実施例と同様に、冷却器１２内の冷媒温度に関係なく、
冷却器１２内の冷媒の比質量が常にほぼ一定（ρ＝０．
６ｋｇ／ｌ）となるように、膨張弁１１３により冷却器
１２の出口の冷媒温度に対して、冷却器１２内の冷媒圧
力が図３に示すように制御される。これにより、外気温
の上昇による成績係数ＣＯＰの低下を抑えることがで
き、各外気温下でほぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持する
ことができる。
【００２４】蒸発器１４の負荷が変化し、蒸発器１４の
出口の冷媒圧力が所定値よりも低下すると、ダイアフラ
ム３１が第４圧力室３０ａ側に移動し、弁体２２が第１
及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の連通を許容し（絞り
を小さくし）、蒸発器１４内の冷媒圧力を上げる。ま
た、蒸発器１４の出口温度が所定値よりも上昇すると、
第１及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の連通を遮断し
（絞りを大きくし）、蒸発器１４内の冷媒圧力を下げ
る。この優先的な制御により、冷凍出力が大きく変化す
ることが抑制される。
出口の冷媒圧力が所定値よりも低下すると、ダイアフラ
ム３１が第４圧力室３０ａ側に移動し、弁体２２が第１
及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の連通を許容し（絞り
を小さくし）、蒸発器１４内の冷媒圧力を上げる。ま
た、蒸発器１４の出口温度が所定値よりも上昇すると、
第１及び第２圧力室２０ａ、２０ｂ間の連通を遮断し
（絞りを大きくし）、蒸発器１４内の冷媒圧力を下げ
る。この優先的な制御により、冷凍出力が大きく変化す
ることが抑制される。
【００２５】図６及び図７に、本発明に従った圧縮式空
調機の第３実施例を示す。図６及び図７において、上記
した第１実施例と同じ構成には、図１及び図２で用いた
番号符号と同じ番号符号が付してある。本実施例におけ
る膨張弁２１３は、制御装置６０からの電気信号に応じ
て作動される電動式の膨張弁である。
調機の第３実施例を示す。図６及び図７において、上記
した第１実施例と同じ構成には、図１及び図２で用いた
番号符号と同じ番号符号が付してある。本実施例におけ
る膨張弁２１３は、制御装置６０からの電気信号に応じ
て作動される電動式の膨張弁である。
【００２６】図６に示すように、２つの圧力センサ５
０、５１及び２つの温度センサ５２、５３が利用され
る。第１圧力センサ５０は、冷却器１２内、即ち、回路
の高圧側にある冷媒の圧力を検出するために、冷却器１
２の出口に装着され、第２圧力センサ５１は、蒸発器１
４内、即ち、回路の低圧側にある冷媒の圧力を検出する
ために、蒸発器１４の入り口に装着されている。これら
の圧力センサ５０、５１は、夫々検出信号を制御装置６
０に送る。第１温度センサ５２は、冷却器１２内、即
ち、回路の高圧側にある冷媒の温度を検出するために、
冷却器１２の出口に装着され、第２温度センサ５３は、
蒸発器１４内、即ち、回路の低圧側にある冷媒の温度を
検出するために、蒸発器１４の出口に装着されている。
これらの温度センサ５２、５３は、夫々検出信号を制御
装置６０に送る。制御装置６０は、これらセンサによる
検出信号に応じた出力信号を膨張弁２１３へ送る。
０、５１及び２つの温度センサ５２、５３が利用され
る。第１圧力センサ５０は、冷却器１２内、即ち、回路
の高圧側にある冷媒の圧力を検出するために、冷却器１
２の出口に装着され、第２圧力センサ５１は、蒸発器１
４内、即ち、回路の低圧側にある冷媒の圧力を検出する
ために、蒸発器１４の入り口に装着されている。これら
の圧力センサ５０、５１は、夫々検出信号を制御装置６
０に送る。第１温度センサ５２は、冷却器１２内、即
ち、回路の高圧側にある冷媒の温度を検出するために、
冷却器１２の出口に装着され、第２温度センサ５３は、
蒸発器１４内、即ち、回路の低圧側にある冷媒の温度を
検出するために、蒸発器１４の出口に装着されている。
これらの温度センサ５２、５３は、夫々検出信号を制御
装置６０に送る。制御装置６０は、これらセンサによる
検出信号に応じた出力信号を膨張弁２１３へ送る。
【００２７】膨張弁２１３は、図７に示されるように、
ハウジング４０と、弁体４１と、駆動装置４２とから成
る。駆動装置４２は、ハウジング４０の開口部に気密的
に固定されており、ハウジング４０内には、第１圧力室
４０ａと第２圧力室４０ｂが形成されている。これらの
圧力室４０ａ、４０ｂは、互いに絞り部４６を介して連
通されている。第１圧力室４０ａは、管路１７に気密的
に連通され、第２圧力室４０ｂは、管路１８に気密的に
連通されている。
ハウジング４０と、弁体４１と、駆動装置４２とから成
る。駆動装置４２は、ハウジング４０の開口部に気密的
に固定されており、ハウジング４０内には、第１圧力室
４０ａと第２圧力室４０ｂが形成されている。これらの
圧力室４０ａ、４０ｂは、互いに絞り部４６を介して連
通されている。第１圧力室４０ａは、管路１７に気密的
に連通され、第２圧力室４０ｂは、管路１８に気密的に
連通されている。
【００２８】駆動装置４２は、ベース部材４３、回転部
材４４及びステッピングモータ４５から成る。ベース部
材４３は、段付穴を有しており、該穴の小径部に弁体４
１がシール部材４７を介して気密的に支持され、絞り部
４６を介した第１圧力室４０ａと第２圧力室４０ｂ間の
連通の絞り度合が制御され得るように、軸方向に移動可
能とされている。段付穴の大径部内に位置する弁体４１
の外周には、ねじ部４１ａが形成されている。回転部材
４４は、段付穴の大径部内に回転可能に配設されてお
り、ねじ部４１ａに螺合するめねじ部４４b を有する。
段付穴の大径部の外に位置する回転部材４４の外周には
ギヤ４４ａが形成されており、該ギヤ４４ａは、ステッ
ピングモータ４５の出力軸に固定されたピニオン４５ａ
に噛合されている。
材４４及びステッピングモータ４５から成る。ベース部
材４３は、段付穴を有しており、該穴の小径部に弁体４
１がシール部材４７を介して気密的に支持され、絞り部
４６を介した第１圧力室４０ａと第２圧力室４０ｂ間の
連通の絞り度合が制御され得るように、軸方向に移動可
能とされている。段付穴の大径部内に位置する弁体４１
の外周には、ねじ部４１ａが形成されている。回転部材
４４は、段付穴の大径部内に回転可能に配設されてお
り、ねじ部４１ａに螺合するめねじ部４４b を有する。
段付穴の大径部の外に位置する回転部材４４の外周には
ギヤ４４ａが形成されており、該ギヤ４４ａは、ステッ
ピングモータ４５の出力軸に固定されたピニオン４５ａ
に噛合されている。
【００２９】この膨張弁２１３においては、ステッピン
グモータ４５が制御装置６０の出力信号に応じて所定の
方向に所定の量だけ回転され、それにより回転部材４３
が回転される。これによって、弁体４１がねじを介して
ステッピングモータ４５の所定の回転方向に対応した軸
方向に、同モータの所定の駆動量に対応したストローク
だけ、絞り部４６を介した第１圧力室４０ａと第２圧力
室４０ｂ間の連通の絞り度合が制御され得るように動か
される。
グモータ４５が制御装置６０の出力信号に応じて所定の
方向に所定の量だけ回転され、それにより回転部材４３
が回転される。これによって、弁体４１がねじを介して
ステッピングモータ４５の所定の回転方向に対応した軸
方向に、同モータの所定の駆動量に対応したストローク
だけ、絞り部４６を介した第１圧力室４０ａと第２圧力
室４０ｂ間の連通の絞り度合が制御され得るように動か
される。
【００３０】この第３実施例によれば、上記した第１実
施例と同様に、冷却器１２内の冷媒温度に関係なく、冷
却器１２内の冷媒の比質量が常にほぼ一定（ρ＝０．６
kg/ｌ）となるように、膨張弁１１３により冷却器１２
の出口の冷媒温度に対して、冷却器１２内の冷媒圧力が
図３に示すように制御される。例えば、第１温度センサ
５２により、冷却器１２の出口の冷媒の温度が第１圧力
センサ５０により検出された圧力に対応する温度よりも
高いことが検出される、或いは、第１圧力センサ５０に
より、冷却器１２内にある冷媒の圧力が第１温度センサ
５２により検出された温度に対応する圧力よりも低いこ
とが検出されると、制御装置６０は、それに応じた出力
信号をステッピングモータ４５に送る。これにより、ス
テッピングモータ４５が、弁体４１が第１及び第２圧力
室４０ａ、４０ｂ間の連通を大きく絞るように、回転さ
れる。これによって、冷却器１２内にある冷媒の圧力
が、上昇される。また逆に、第１温度センサ５２によ
り、冷却器１２の出口の冷媒の温度が第１圧力センサ５
０により検出された圧力に対応する温度よりも低いこと
が検出される、或いは、第１圧力センサ５０により、冷
却器１２内にある冷媒の圧力が第１温度センサ５２によ
り検出された温度に対応する圧力よりも高いことが検出
されると、制御装置６０は、それに応じた出力信号をス
テッピングモータ４５に送る。これにより、ステッピン
グモータ４５が、弁体４１が第１及び第２圧力室４０
ａ、４０ｂ間の連通を小さく絞るように、回転される。
これによって、冷却器１２内にある冷媒の圧力が、低下
される。
施例と同様に、冷却器１２内の冷媒温度に関係なく、冷
却器１２内の冷媒の比質量が常にほぼ一定（ρ＝０．６
kg/ｌ）となるように、膨張弁１１３により冷却器１２
の出口の冷媒温度に対して、冷却器１２内の冷媒圧力が
図３に示すように制御される。例えば、第１温度センサ
５２により、冷却器１２の出口の冷媒の温度が第１圧力
センサ５０により検出された圧力に対応する温度よりも
高いことが検出される、或いは、第１圧力センサ５０に
より、冷却器１２内にある冷媒の圧力が第１温度センサ
５２により検出された温度に対応する圧力よりも低いこ
とが検出されると、制御装置６０は、それに応じた出力
信号をステッピングモータ４５に送る。これにより、ス
テッピングモータ４５が、弁体４１が第１及び第２圧力
室４０ａ、４０ｂ間の連通を大きく絞るように、回転さ
れる。これによって、冷却器１２内にある冷媒の圧力
が、上昇される。また逆に、第１温度センサ５２によ
り、冷却器１２の出口の冷媒の温度が第１圧力センサ５
０により検出された圧力に対応する温度よりも低いこと
が検出される、或いは、第１圧力センサ５０により、冷
却器１２内にある冷媒の圧力が第１温度センサ５２によ
り検出された温度に対応する圧力よりも高いことが検出
されると、制御装置６０は、それに応じた出力信号をス
テッピングモータ４５に送る。これにより、ステッピン
グモータ４５が、弁体４１が第１及び第２圧力室４０
ａ、４０ｂ間の連通を小さく絞るように、回転される。
これによって、冷却器１２内にある冷媒の圧力が、低下
される。
【００３１】従って、外気温の上昇による空調機の成績
係数ＣＯＰの低下を抑えることができ、各外気温下でほ
ぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持することができる。
係数ＣＯＰの低下を抑えることができ、各外気温下でほ
ぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持することができる。
【００３２】蒸発器１４の負荷が変化し、第２温度セン
サ５３により検出される蒸発器１４の出口の温度が所定
値よりも低下する、或いは、第２圧力センサ５１により
検出される冷媒圧力が所定値よりも上昇すると、制御装
置６０から送られる信号に応じてステッピングモータ４
５が、弁体４１が第１及び第２圧力室４０ａ、４０ｂ間
の連通を大きく絞るように、回転される。これにより、
蒸発器１４内にある冷媒の圧力が低下される。また逆
に、第２温度センサ５３により検出される蒸発器１４の
出口の温度が所定値よりも上昇する、或いは、第２圧力
センサ５１により検出される冷媒圧力が所定値よりも低
下すると、制御装置６０から送られる信号に応じてステ
ッピングモータ４５が、弁体４１が第１及び第２圧力室
４０ａ、４０ｂ間の連通を小さく絞るように、回転され
る。これにより、蒸発器１４内にある冷媒の圧力が上昇
される。この優先的な制御により、冷凍出力が大きく変
化することが抑制される。
サ５３により検出される蒸発器１４の出口の温度が所定
値よりも低下する、或いは、第２圧力センサ５１により
検出される冷媒圧力が所定値よりも上昇すると、制御装
置６０から送られる信号に応じてステッピングモータ４
５が、弁体４１が第１及び第２圧力室４０ａ、４０ｂ間
の連通を大きく絞るように、回転される。これにより、
蒸発器１４内にある冷媒の圧力が低下される。また逆
に、第２温度センサ５３により検出される蒸発器１４の
出口の温度が所定値よりも上昇する、或いは、第２圧力
センサ５１により検出される冷媒圧力が所定値よりも低
下すると、制御装置６０から送られる信号に応じてステ
ッピングモータ４５が、弁体４１が第１及び第２圧力室
４０ａ、４０ｂ間の連通を小さく絞るように、回転され
る。これにより、蒸発器１４内にある冷媒の圧力が上昇
される。この優先的な制御により、冷凍出力が大きく変
化することが抑制される。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、膨張手
段により冷却器内の冷媒の温度に関係なく、常に冷却器
内の冷媒の充填量、即ち、比質量が一定に制御されるこ
とにより、冷却器の冷却性能が最大に維持され、常に一
定の熱伝達係数及び熱輸送を保つことができる。それゆ
え、外気温の上昇による成績係数ＣＯＰの低下を抑える
ことができ、リザーバーを用いることなく、各外気温下
でほぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持することができる。
段により冷却器内の冷媒の温度に関係なく、常に冷却器
内の冷媒の充填量、即ち、比質量が一定に制御されるこ
とにより、冷却器の冷却性能が最大に維持され、常に一
定の熱伝達係数及び熱輸送を保つことができる。それゆ
え、外気温の上昇による成績係数ＣＯＰの低下を抑える
ことができ、リザーバーを用いることなく、各外気温下
でほぼ最大の成績係数ＣＯＰを維持することができる。
【００３４】また、本発明によれば、空調機の回路内に
リザーバーが存在しないため、潤滑油が停滞することが
なく、圧縮機の信頼性を向上することができると共に空
調機の容積及び重量の増大を抑制することができる。ま
た、更に空調機の製作コストの増大を防ぐことができ
る。
リザーバーが存在しないため、潤滑油が停滞することが
なく、圧縮機の信頼性を向上することができると共に空
調機の容積及び重量の増大を抑制することができる。ま
た、更に空調機の製作コストの増大を防ぐことができ
る。
【００３５】従来の空調機（ＥＰ ０４２４４７４ Ｂ
１）においては、蒸発器の性能が高圧側圧力制御のため
に制約を受け、常に冷えた状態に保たれ、蒸発器が氷結
する恐れがあったが、本発明によれば、蒸発器性能が圧
力制御に影響を受けることがないので、蒸発器が氷結す
る心配はない。
１）においては、蒸発器の性能が高圧側圧力制御のため
に制約を受け、常に冷えた状態に保たれ、蒸発器が氷結
する恐れがあったが、本発明によれば、蒸発器性能が圧
力制御に影響を受けることがないので、蒸発器が氷結す
る心配はない。
【００３６】また、冷却器内の冷媒圧力を、冷却器出口
の冷媒温度変化に対して比例的に変化させることによ
り、外気温が変動しても冷媒の比質量をほぼ一定に維持
させ得る。
の冷媒温度変化に対して比例的に変化させることによ
り、外気温が変動しても冷媒の比質量をほぼ一定に維持
させ得る。
【００３７】また、蒸発器内の冷媒の温度または圧力が
所定値外にあるときには、優先的に蒸発器内の冷媒の圧
力を変化させることにより、冷凍出力が大きく変化する
ことを抑制できる。
所定値外にあるときには、優先的に蒸発器内の冷媒の圧
力を変化させることにより、冷凍出力が大きく変化する
ことを抑制できる。
【図１】本発明に従った圧縮式空調機の第１実施例を示
す概略図。
す概略図。
【図２】図１に示す第１実施例の膨張弁の断面図。
【図３】本発明に従った圧縮式空調機における凝縮器内
の冷媒圧力と凝縮器出口温度の関係を示すグラフ及び、
成績係数ＣＯＰと凝縮器出口温度の関係を示すグラフ。
の冷媒圧力と凝縮器出口温度の関係を示すグラフ及び、
成績係数ＣＯＰと凝縮器出口温度の関係を示すグラフ。
【図４】本発明に従った圧縮式空調機の第２実施例を示
す概略図。
す概略図。
【図５】図４に示す第２実施例の膨張弁の断面図。
【図６】本発明に従った圧縮式空調機の第３実施例を示
す概略図。
す概略図。
【図７】図６に示す第２実施例の膨張弁の断面図。
【図８】従来の圧縮式空調機における成績係数ＣＯＰと
凝縮器出口温度の関係を示すグラフ。
凝縮器出口温度の関係を示すグラフ。
１１ 圧縮機 １２ 冷却器 １３、１１３、２１３ 膨張手段 １４ 蒸発器 ２０ ハウジング ２０ａ、４０ａ 第１圧力室 ２０ｂ、４０ｂ 第２圧力室 ２０ｃ 第３圧力室（制御手段） ２２、４１ 弁体（連通状態可変手段） ４４ 回転部材（駆動手段） ４５ ステッピングモータ（駆動手段） ５０ 第１圧力センサ ５２ 第１温度センサ ６０ 制御装置
Claims (6)
- 【請求項１】 冷媒を超臨界圧力に圧縮する圧縮機と、
該圧縮機に接続され、圧縮機から吐出された冷媒を冷却
する冷却器と、該冷却器に接続され、冷却された冷媒を
臨界圧力以下に膨張する膨張手段と、該膨張手段に接続
され、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを有し、１
つの閉回路を形成するように該蒸発器が前記圧縮機に接
続されてなる圧縮空調機において、 前記圧縮空調機は、前記冷却器内の冷媒量を常に一定に
維持する制御手段を有することを特徴とする圧縮式空調
機。 - 【請求項２】 前記膨張手段は、冷媒の入口側に直接連
通する第１圧縮室と、冷媒の出口側に直接連通する第２
圧縮室と、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室との間に配
され前記第１圧縮室と前記第２圧縮室との連通状態を変
化させる連通状態可変手段とを有し、 前記制御手段は、前記連通状態可変手段に連結され温度
に応じて容積変化可能な充填剤で充満された第３圧縮室
で形成され、外気温度に応じた前記充填剤の容積変化に
より前記制御手段に連通された前記連通状態可変手段が
動作して前記第１圧縮室と前記第２圧縮室との連通状態
を変化させて前記冷却器内の冷媒量を一定に維持するも
のであることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮式空
調器。 - 【請求項３】 前記膨張手段は、冷媒の入口側に直接連
通する第１圧縮室と、冷媒の出口側に直接連通する第２
圧縮室と、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室との間に配
され前記第１圧縮室と前記第２圧縮室との連通状態を変
化させる連通状態可変手段とを有し、 前記制御手段は、前記連通状態可変手段を駆動する駆動
手段と、前記駆動手段の駆動動作を制御する制御装置と
からなり、前記制御装置は前記冷却装置の出口に取り付
けられた温度センサ及び圧力センサの測定値に基づいて
前記駆動手段の駆動動作を制御して前記第１圧縮室と前
記第２圧縮室との連通状態を変化させて前記冷却器内の
冷媒量を一定に維持するものであることを特徴とする、
請求項１に記載の圧縮式空調器。 - 【請求項４】 前記冷却器内の一定に維持される冷媒量
は、冷却器の放熱性能が最大である時の冷媒量であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の圧縮式空調機。 - 【請求項５】 前記制御手段が、前記冷却器の出口にお
ける冷媒の温度変化に対して前記冷却器内の冷媒圧力を
比例的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の
圧縮式空調機。 - 【請求項６】 前記制御手段は、蒸発器内の冷媒の温度
または圧力が所定値外にある時には、優先的に蒸発器内
の冷媒の圧力を変化させることを特徴とする請求項１に
記載の圧縮式空調機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7203546A JPH0949662A (ja) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | 圧縮式空調機 |
| DE19631914A DE19631914C2 (de) | 1995-08-09 | 1996-08-07 | Überkritisch betriebene Verdichter-Kältemaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7203546A JPH0949662A (ja) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | 圧縮式空調機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0949662A true JPH0949662A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16475937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7203546A Pending JPH0949662A (ja) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | 圧縮式空調機 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0949662A (ja) |
| DE (1) | DE19631914C2 (ja) |
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1995
- 1995-08-09 JP JP7203546A patent/JPH0949662A/ja active Pending
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- 1996-08-07 DE DE19631914A patent/DE19631914C2/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040519 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050125 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050531 |