JPS5880468A - 空調機の冷媒制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ０℃近辺で精度良く保持し得る如くした空調機の冷媒制
御装置に関する。

感温式自動膨張弁は、顕熱変化に応じて作動する構造で
あるために、蒸発器の出口冷媒をしめり状態にさせて熱
交換面積の効率利用をはかる制御には使用できない。

かかる点から電気信号を受けてその大小に応じ弁開度を
調節し得る電気力−機械力変換形の膨張弁である電気式
膨張弁を使用子れば、蒸発器出口冷媒の乾き度を１．　
Ｏ近傍において制御できることを知見するに至り、本出
願人はさきに特開昭５５−３１２７０号公報において新
規な空調機用冷媒制御装置を提案してきた。

この装置は凝縮器と、蒸発器とを接続する液管中に介設
した電気式膨張弁の弁開度を、蒸発器出口の冷媒温度を
検知する温度検知用感熱抵抗体の電気信号と、前記蒸発
器の出口における冷媒のしめり状態の程度を熱放散定数
の変化として検知する自己加熱形感熱抵抗体の電気信号
とによって制御するものであって、特に温度検知用感熱
抵抗体の信号で自己加熱形感熱抵抗体の放熱定数を一定
巾に保持する補償を行う回路形態を特徴としている。

かかる制御方式は例えば乾き度が０．９５〜１．０のよ
うにある巾を存し友状態の下で制御するものであるから
、実際には負荷の変動によって蒸発器出口冷媒の乾き度
はこれよりも広い巾で変化するようになり、一定した乾
き度が維持される如き制御精度を必要とする運転には適
応できない問題を有していた。

このような点に着目して、本出願人は前記制御装置では
困難とされる過熱度一定制御を可能ならしめることによ
り高精度が要求される空調機にも十分適用し得る冷媒制
御装置を提供するべく゛、本発明を完成し、ここに提案
するものであって、特に蒸発出口における冷媒のしめり
状態の程度を熱放散定数の変化として検知するために設
けた自己加熱形感熱抵抗体が過熱度ｏ℃の低圧冷媒と熱
交換するときに比して僅かに低い所定値の熱放散定数を
保持した状態の下での周囲温度変化に対する電気信号を
発し得る設定回路を、蒸発器出口′の冷媒温度を検知す
るために設けた温度検知用感熱抵抗体を含む抵抗回路に
よって形成すると共に、この設定回路の前記電気信号と
、蒸発器出口冷媒のしめり状態を検知するために設けた
前記自己加熱形感熱抵抗体の電気信号とを比較して、後
者の電気信号が大きいときには電気式膨張弁の弁開度を
小さくし、逆に小さいときには弁開度を大きくするよう
制御せしめる構成となしたことを特徴とし、かくして自
己加熱形感熱抵抗体の熱放散定数を前記所定値に保持し
得る温度補償を行わせることによって、蒸発器出口冷媒
の過熱度を０℃近辺の一定値に制御することを可能なら
しめるに至ったのである。

以下、本発明の内容について添付図面の例を参照しなが
ら詳細に説明する。

第１図は本発明装置例の実施に係る空調機の冷媒回路図
であり、圧縮機（１）、凝縮器（２）、電気式膨張弁（
３）および蒸発器（４）を要素として公知の冷媒循環回
路を形成している。

電気式膨張弁（３）は前述した如き電気カー機械力変換
形の膨張弁であって、電気信号の入力要素と１７で温度
検知用感熱抵抗体例えば負特性サーミスタ（５）（以下
補償用サーミスタ（５）と称す）と、自己加熱形感熱抵
抗体例えば負特性サーミスタ（６）（以下制御用サーミ
スタ（６）と称す）とに制御部を関連ゼしめている。

前記両サーミスタ（５Ｌ　（６）は第２図に示す如く、
サーミスタチップを硝子で封じ込めたものであって、こ
れを薄いステンレス管（Ｐ）に収容し、該ステｙ　ｌ／
　ス管（ｐ）とニップル（場とをロー付することにより
気密構造のサーミスタセンサを形成していて、これを蒸
発器（５）の出口管（７）に溶接されたアダプタ（図示
せず）に螺入しドライシールすることによって、各サー
ミスタ（５］、（６１を出口管（７）内に冷媒との熱交
換可能に挿設ぜしめている。

今第３図に示す如く、抵抗（籾なる制御用サーミスタ（
５）に対して抵抗（ｒ）を直列に接続し、この直列回路
に電圧（Ｖｏ）　Ｔｈ印加すると、制御用サーミスタ（
６）に電力が供給されて、その温度は上昇し、所謂自己
加熱の状態になる。第３図において、Ｖｏ　　印加電圧 ｒ　直列抵抗 Ｔ　制御用サーミスター（６）の温度 Ｒ制御用サーミスター（６）のＴ（ト）に於る抵抗０　
制御用サーミスター（６）の熱放散定数Ｔａ　　制御用
サーミスター（６）の周囲温度Ｗ　制御用サーミスター
（６）に加わる電力Ｖ　制御用サーミスター（６）の両
端の電圧とすると、 ２ Ｗ＝□　　　　　　　（ロ） Ｗ＝ＯＣＴ−Ｔａ）から Ｗ Ｔａ　＝　Ｔ　　−’／Ｊ 上記（イ〕〜（ハ）式を使用して制御用サーミスター（
６）の周囲温度Ｔａ　　とサーミスター両端電圧Ｖとの
関係を制御用サーミスター（６）の熱放散定数Ｏをパラ
メータとして画いたのが第４図である。

第４図に見られるように制御用サーミスター（６）の熱
放散定数が句のときは制御用サーミスター（６）の温度
上昇はなくサーミスターの温度と周囲温度は等しくなる
が、熱放散定数が小さくなるに従ってサーミスターの温
度上昇は大きくなり、サーミスター両端の電圧は図示の
如く小さくなる。

この制御用サーミスター（６）の熱放散定数に注目する
と空調機の蒸発器（４）が過熱状態すなわち気体の状態
と、しめり状態子なわち気液混合状態を比較すると、当
然制御用サーミスター（６）の熱放散定数は後者の方が
大きい＠この状況を実測した一例が第４図の点線である
。

これは空調機の周囲条件を一定にして電気式膨張弁（３
）を定電流で駆動し、この電流を徐々に増加していった
時の蒸発器出口の制御用サーミスター（６）の周囲温度
と制御用サーミスター両端の電圧をプロットしたもので
ある〇 点線（蜀は空調機負荷の大きい場合であり、点線（Ｂ）
は空調機負荷の小さい場合である。何れの場合も電気式
膨張弁（３）に流れる電流が小さいとき（すなわち弁の
開度も小）は蒸発器（４）出口の冷媒は過熱状態であり
、出口温度は高く（過熱度も大きい）熱放散定数は０２
　　近辺の値となっている。この電気式膨張弁（３）に
流れる電流を増加して行くと（弁開度も増大する）、出
口温度は降下して加熱度は小さくなると同時に熱放散定
数も増大して行く。

これは蒸発器（４）出口の状態が前述の如く気液混合状
態となり、電気式膨張弁（３）に流れる電流が大　　　
　、きくなるにつれて液状冷媒が増加して行くからであ
る。

しかし電気膨張弁（３）の開度を大きくしても、ある一
定の液冷媒量に達すると、熱放散定数は飽和に達するよ
うになる。

したがって制御用サーミスター（６）両端の電圧は点線
（Ａ）では８点点線（Ｂ）ではｂ点に相当する電圧以上
になることはない。

この点線を観点を変えて、過熱度（出口温度と出口圧力
から換算）と制御用サーミスター（６）の両端電圧とを
実測したが、第５図である。

この両図からサーミスターの熱放散定数が０＝Ｃ８にな
る如き第４図の一点鎖線を設定値とし、この設定電圧よ
り制御用サーミスター（６）の両端電圧（Ｖｌが大きく
なれば電気式膨張弁（３）の電流を減小させて弁開度を
減じ制御用サーミスター（６）の両端電圧が小さくなれ
ば、電気式膨張弁（３）の電流を増大して弁開度を大き
くなるように制御すれば、制御用サーミスター（６）の
両端電圧はＯ”Ｏｓ（過熱度は０℃に近い（Ｔａ）・・
・第５図参照）とすることができる。

次に０＝Ｏｓ　　の設定には前述した補償用サーミスタ
ー（５）を用いて、第６図の回路のように接続する。そ
して第４図の横軸に等間隔に３つの温度ｔ１ｔｔ　ｌ　
ｔＡ　　をとり、この温度に於ける補償用サーミスター
（５）の抵抗をｒＩｎｒ！＋ｒＡとし、また、この温度
で０＝Ｏａ　　の場合のサーミスター電圧（至）のたと
えハ１４ｏの値をＶ　１　＊　’Ｖ　＠＊　ｖＡとする
と（この場合のサーミスターは温度補償に使用するので
過大な自己加熱を生じてはならないので補償用サーミス
ター（５）に加わる電力が小さくなるように電圧を暑。

としている）比率式サーミスターの式から第６図のＰ。

Ｑ、Ｓは次式によって計算される。

上記式から算出した値の各抵抗Ｐ、Ｑ、Ｓと補償用サー
ミスター（５）とによって抵抗回路を形成すれば、制御
用サーミスター（６）が過熱度０℃の低圧冷媒と熱交換
するときに比し僅かに低い所定値の熱放散定数（ごく僅
かの過熱度がついた状態のときの値）を保持した状態の
下での周囲温度変化に対する電気信号特性線に対応した
電気信号を発する設定回路を形成することができる。

以上の説明かられかることであるが、両サーミスター（
５）、　（６）を指令信号のための検知要素として電気
式膨張弁（３１を制御するための具体的回路を示すと第
マ図の即き構造となる。

第７図において（１）は前記両サーミスター（５）、　
（６）を要素とした検知入力部であり、（Ｉはボルテー
ジフォロアを入力とした差動増幅回路で出力（ＶＯ、）
　Ｕ次式であられされる。

ｒＪ Ｖｏ、＝　　（１＋−）（Ｖｉ＋　　’１ｔ）１番 ここでＶｉ、は補償用サーミスタ（５）部の出力電圧Ｖ
ｊ、は制御用サーミスタ（６）の両端の電圧を１／１ｏ
にした出力電圧である。

この出力（Ｖｏ、）を１）で示す公知のＰより回路を通
して、制御性をよくしオフセットがなく外乱の影響を少
なくしている。

■は加算回路であり、これは冷凍機停止時に電気式膨張
弁（３）の弁を閉止して、蒸発器（４）に過大な冷媒の
流入を防止して再起励時冷凍機への液戻りを防ぐために
設けたものである。すなわち電気式膨張弁（３）に流れ
る電流が零になったとき弁が完全に閉止するよう、電気
式膨張弁（３）に流れる電流と弁リフトの関係は第８図
のようになっている。

第８図のように電気式Ｗ脹弁（３）はソレノイド電流が
０〜Ｉｏ　　まで弁は閉止となっているので、冷凍機起
動時ソレノイド電流が工０　になるように負電圧を抵抗
（ｒ？）、　（ｒａ）で分圧し、ソレノイド電流工０に
相当する電圧を加算している。

ここでＶｏ　ｔは出力オペアンプへの入力電圧であり％
　　ｒｌＯは出力トランジスタ（ＴＲ，）のエミッター
に接続され比抵抗である。

ＲＬ、はリレーであって、前述の如く起動時の冷凍機へ
の液侵入を防止するため冷凍機停止時電気式膨張弁（３
）の弁が閉止するよう、冷凍機と連動する前記リレーの
接点（ＲＬ＋　　ｔ）を用いて出力回路（ｖ）への入力
を開放し、ソレノイド（ＬＪに電流が流れないようにし
ている。

この第１図に見られるように、補償用サーミスタ（５）
による設定電圧と制御用サーミスタ（６）の出力電圧の
大小によって電気式膨張弁（３）の電流を増減し、よっ
て蒸発器（４）へ流入する冷媒量を制御している。

かぐして、制御用サーミスタ（６）の熱放散定数を所定
値に保持する温度補償を行うことによって、蒸発器（４
）出口冷媒の過熱度を０℃近辺の一定値に制御すること
が可能となる。

叙上の構成および作用を有する本発明装置に、自己加熱
形感熱抵抗体（６）の熱放散定数が顕熱変化の小さい領
域である過熱度に対応した所定の値に保たれるよう温度
検知用感熱抵抗体（５）を含む設定回路によって温度補
償するようにしているので、過熱度０’Ｃ近辺の顕熱変
化が小さい温度を基準とした微細な定温度制御が可能と
なり、従って運転中における蒸発器出口の冷媒状態が変
動を来すことがなくなって、圧縮機への液戻りを完全に
防ぎながら蒸発器の伝熱管を出口にいたるまで湿り状態
に保たせて、伝熱面積の１００％利用が行える利点があ
る。

しかも本発明は設定温度点に制御する所謂点制御であっ
て、ある温度のを持つ制御方式に比１−ヤ蒸発器出口の
冷媒を安定的に維持できるため、負荷変動が激しい場合
にも圧縮機への液戻りを確実に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明装置例の態様を示すもので、第１図はｌ実
施例に係る空調機の冷媒回路図、第２図は温度、湿り状
態を検知する感熱抵抗体を要素としたセンサの略示構造
図、第３図は自己加熱形感熱抵抗体を要素とする湿り状
態検知部の回路図、第４図は自己加熱形感熱抵抗体の熱
放散定数をパラメータとした温度−出力電圧線図、第５
図に同じく過熱度−出力電圧線図、第６図は温度検知用
感熱抵抗体を要素とする設定回路の展開回路図、第７図
は膨張弁制御用電気回路図、第８図は電気式膨張弁の電
流−弁リフト量関係線図である。 （２）・・・凝縮器、（３）・・・電気式膨張弁。 （４）・・・蒸発器、（５）・・・温度検知用感熱抵抗
体。 （６）・・・自己加熱形感熱抵抗体。 特許出願人　　　ダイキン工業株式会社第３図 第４図 ＊＠ｉａ　−Ｔａ 第７図 第８図 一ソレ１律電期し

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ／　凝縮器（２）と蒸発器（４）とを接続する液管中に
   介設した電気式膨張弁（３）を、蒸発器（４）出口の冷
   媒温度を検知する温度検知用感熱抵抗体（５）の電気信
   号と、前記蒸発器（４）の出口における冷媒のしめり状
   態の程度を熱放散定数“′の変化として検知する自己加
   熱形感熱抵抗体（６）の電気信号とにより弁開度調節す
   る妬くした空調機の冷媒制御装置において、前記自己加
   熱形感熱抵抗体（６）が過熱度Ｏ℃の低圧冷媒と・熱交
   換するときに比し僅かに低い所定値の熱放散定数を保持
   した状態の下での周囲温度変化に対する電気信号を発し
   得る設定回路を、前記温度検知用感熱抵抗体（５）を含
   む抵抗回路により形成すると共に、この設定回路の前記
   電気信号と、前記自己加熱形感熱抵抗体（６）の前記電
   気信号とを比較して、後者の電気信号が大きいときには
   電気式膨張弁（３）の弁開度を小さくシ、逆に小さいと
   きには弁開度を大きくするよう８１１ｍせしめて、自己
   加熱形感熱抵抗体（６）の熱放散定数を前記所定値に保
   持し得る温度補償を行わせることにより、蒸発器（４）
   出口冷媒の過熱度を０℃近辺の一定値に制御する如く成
   したことを特徴とする空調機の冷媒制御装置。