JPS628704B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷凍サイクルの冷媒流量制御装置に係
わり、特に圧縮機の保護装置を備えた流量制御装
置に関する。

一般に冷凍サイクルは第１図に示すように圧縮
機１、凝縮器２、レシーバ３、流量制御手段４、
蒸発器５とこれらを連絡する配管とから構成され
るのが一般的である。そして、前記流量制手段に
は第２図に示すような温度式膨張弁を使用してい
た。本膨張弁のダイヤフラム６によつて仕切られ
た上室には、活性炭７を封入した感熱筒８が連通
されており、蒸発器出口冷媒温度に見合つた圧力
が導入され、下室には膨張弁二次圧取出手段９に
よつて蒸発器出口冷媒圧力が導入される。従つ
て、ダイヤフラム６は前記両室の圧力差に見合つ
て上下方向に移動する。一方、前記ダイヤフラム
６のほぼ中央には一端にボール１０が接合された
弁棒１１が係合され、ダイヤフラム６の動きによ
つてボール１０と弁座１２とで構成されるオリフ
イス開度が設定される。一方、ボール１０は弁受
け１３を介して、ばね１４で図上方向へ押し上げ
られているため、ボール１０はダイヤフラム上下
室の圧力差とばね１４のばね力とがつり合つた位
置に保持される。従つて、冷媒流入口１５で高温
高圧状であつた液冷媒はボール１０と弁座１２と
で構成されるオリフイスによつて断熱的に膨張
し、冷媒流出口１６を経て蒸発器に流入する。な
お、一般に温度式膨張弁では蒸発器出口冷媒の温
度と圧力とから演算される同部過熱度が一定とな
るように設計されており前記過熱度はばね１４下
部に設置された調整ねじ１７によつて任意に調整
可能である。ところが、同方式の膨張弁ではダイ
ヤフラム部の外径が35mm程度もあつて装着スペー
スが大きく好ましくないこと、感熱筒８あるいは
膨張弁二次圧取出手段９などを蒸発器出口配管に
設置するため蒸発器まわりが複雑化すること、熱
負荷が小となつて膨張弁の作動範囲外となると圧
縮機へ液戻り現象が生ずること、また、エアコン
等として蒸発圧力制御装置と組み合わせて使用す
る際には圧縮機へ極端な液戻り現象が生ずるこ
と、圧縮機起動時にはダイヤフラム下室圧力が急
激に低下するため膨張弁が全開となり蒸発器内液
冷媒が圧縮機に流入して液圧縮現象を生じパツキ
ングの破損、高圧弁の損傷など圧縮機の耐久性を
損なうと云つた欠陥を有していた。そこで、温度
式膨張弁が有していた上述の欠陥を解消する目的
で第３図に概略構成を示すような電気式流量制御
装置が特公昭46―40070号公報等で提案された。
この装置は、特公昭46―40070号公報等に示され
る如く電磁弁１８の出口冷媒温度並びに蒸発器出
口冷媒温度を検出するセンサ１９及び２０と、両
センサから得られる信号が所定の関係を満足して
いるか否かを判定して電磁弁の開度を制御する制
御回路２１とから構成される。

このような制御回路と電磁弁とを組み合わせる
ことによつて蒸発器出口冷媒の過熱度を一定に保
ち得、かつ、流量制御の応答性が早まつたところ
から圧縮機起動時の液戻り現象を解消できるこ
と、蒸発器周辺が簡略化できるなど、従来の温度
式膨張弁が有していた前記の如き欠点をほぼ解消
することができた。

ところが、冷凍サイクル中の冷媒は配管の継目
やシール部から洩れる可能性がある。周知の通
り、自動車用空調機の冷凍サイクルの場合には開
放形の圧縮機が搭載されるため、軸封装置部から
の冷媒洩れを回避できず、シーズン始めには冷媒
存在量のチエツクをユーザに求めていた。

ところで、冷凍サイクル中の冷媒存在量が極端
に小となると冷媒流量が減少して冷房能力が低下
するほか圧縮機への油戻り量が減少して圧縮機の
潤滑不良を惹起し、また、圧縮機吸入冷媒の過熱
度の異常上昇に伴つて吐出冷媒温度が上昇し冷媒
が分解したり圧縮機の温度上昇を招くなど、圧縮
機の耐久上特に致命的な現象を生ずる。しかしな
がら、上記の流量制御手段ではこのような不具合
点を解消することは困難であり、冷媒不足から生
ずるこれらの問題を対処するため保護装置として
スーパーヒートスイツチを設けていた。

保護装置として自動車用の冷凍サイクルに用い
るスーパーヒートスイツチを例として第７図に示
す。同スイツチは圧縮機吸入室の冷媒の過熱度を
検出して同過熱度が所定の値以上となると圧縮機
へエンジンの回転力を伝達するマグネツトクラツ
チへの印加電流を遮断するものである。その構造
並びに作動状況を図を用いて説明すれば、ダイヤ
フラム２７の上室には連通孔２８を介して圧縮機
吸入室２９の圧力が導入され、ダイヤフラム下室
は感温筒３０により、圧縮機吸入室冷媒温度に対
応した圧力が導入される。また、ダイヤフラムに
はスイツチポイント３１が設けられ、その上部に
はスイツチターミナル３２が設置されている。従
つて、圧縮機吸入室の圧力に比して同部の温度が
高い、即ち、同部冷媒の過熱度が大となるとダイ
ヤフラム２７は図の上方にたわみ、同過熱度があ
る値となるとスイツチポイント３１がスイツチタ
ーミナル３２と接触する。このとき通電状態とな
るようにし、その回路に温度ヒユーズが設置して
あるため、スイツチポイント３１がスイツチター
ミナル３２と接触している状態が一定時間保たれ
ると温度ヒユーズが溶断してマグネツトクラツチ
の印加電流を遮断した圧縮機をエンジンから切離
す。なお、スイツチターミナル３２は絶縁物３３
によつてハウジング３４及び圧縮機壁３５とは電
気的に絶縁されている。

このような構造のスーパーヒートスイツチを使
用すれば冷媒不足による圧縮機の損傷を防止でき
るが、この種のスーパーヒートスイツチは(1)高価
であること、(2)スペースの観点から圧縮機への装
着位置に制約を受けること、また、同スイツチ装
着のための加工が必要であること、(3)特に感熱部
の気密保持がむずかしく、このため性能の安定性
を保証するのがむずかしいことなどの欠点を有し
ていた。

本発明の目的とするところは、占有容積が小さ
くかつ信頼性の高い圧縮機の保護装置を提供する
ことにある。本発明の特徴とするところは蒸発器
出口の冷媒の過熱度に応じた電気信号を発生する
過熱度検出手段を設け、その検出手段の出力電気
信号を監視して該出力電気信号が所定の値を越え
たときに例えば圧縮機の回転を停止したり、警報
を発したりし、いわゆる冷凍サイクルの保護装置
を作動させるようにしたことにある。

以下図面に示す一実施例を詳説する。

まず本実施例の流量制御装置の動作を例をあげ
て説明する。第４図において、電磁弁１８の出口
冷媒の状態値を温度T₁、圧力P₁（Ａ点）、蒸発出
口冷媒の状態値をそれぞれT₂，P₂、また、P₂に
対する飽和温度をT₃とすれば、蒸発器出口冷媒
の過熱度SHは SH＝T₂−T₃ ……(1) である。ここで(1)式をT₁を用いて変形すれば SH＝T₂−T₁＋（T₁−T₃） ……(2) である。また、（T₁−T₃）＝Δｔは蒸発器内での
圧力損失（P₁−P₂）＝ΔｐとT₁との関数で第５図
の如く示され、例えば５段６列の蒸発器では冷媒
流量を100Kg／ｈとするとΔｐ＝0.3Kg／cm²程度で
あるから、第５図より SH＝T₂−T₁＋3.25−３／４０T₁ ＝3.25＋T₂−４３／４０T₁ ……(3) としてSHはT₁とT₂との関係で示される。

そこで、T₁及びT₂を用いて演算したSHが予じ
め設定したSHを満たすように電磁弁の弁開度を
制御する電気回路が必要であり、その一例を第６
図に示した。同回路は電磁弁出口温度センサ１９
と蒸発器出口センサ２０のそれぞれの信号に対応
した電圧e₁とe₂において、e₁を４３／４０倍した電圧と
e₂ との差に比例した電圧e₃を発生する回路２２を有
しており、同電圧e₃とSHを設定するための可変
抵抗２３の電圧e₄とを比較してe₃＞e₄の時には電
磁弁の開弁時間を長くし、逆にe₃＜e₄の時には開
弁時間を短かくしてe₃＝e₄を満足するまで同弁開
度を制御するものである。なお、同回路にはマル
チバイブレータ２４と制御回路作動電源である定
電圧発生回路２５と電磁弁１８の作動電圧まで昇
圧する増幅回路２６を有している。

第８図は電気的に過熱度を検出してマグネツト
クラツチを開放する作動回路を示したもので、本
例では蒸発器出口冷媒の過熱度を予じめ設定した
過熱度以上となつた場合にマグネツトクラツチを
OFFするものである。即ち、膨張手段の後流側
と蒸発器出口部に設置した温度センサ１９及び２
０の過熱度検出手段によつて、上記冷媒温度に応
じてe₁及びe₂なる電圧を発生し、第(3)式に従つて
e₁を４３／４０倍してe₂から差し引き、その値に応じて
e₃ なる電圧を発生する。更に、マグネツトクラツチ
をOFFしようとする設定過熱度を与える可変抵
抗３６の出力電圧e₄と前記のe₃を比較して、e₃＞
e₄となればリレーコイル３７が励磁され、圧縮機
マグネツトクラツチの印加電流が遮断される。な
お、回路３８は本電気回路の作動電圧を供給する
ための電圧発生回路である。

この制御回路を第６図の電圧発生回路２２と、
マルチバイブレータ２４と、定電圧発生回路２５
と、増幅器２６等からなる流量制御回路と並べて
流量制御と保護装置（即ち、本実施例ではスーパ
ーヒートスイツチ）との両機能を持たせたものが
第９図に示す制御回路である。この回路では第６
図と第８図の回路で共用できる部分を全て共用
し、簡略化を図つたものである。即ち、温度セン
サ１９及び２０、e₁の補正やe₂−４３／４０e₁に比例し
た 出力e₃を演算する演算回路、制御回路の作動電圧
を供給する定電圧発生回路を共用としてある。従
つて、第９図の実施例では膨張手段の後流側及び
蒸発器出口部に設置した温度センサ１９及び２０
の温度に対応した出力e₁及びe₂を発生し、e₁を４３／４
０ 倍してe₂から差し引くことによつて蒸発器出口冷
媒の過熱度に対応した出力e₃を演算し、e₃を１つ
の目的としてマルチバイブレータ２４及び増幅回
路２６、制御過熱度を設定する可変抵抗２３を含
む流量制御回路へ制御量として導き、また、他の
目的として制御過熱度を設定する可変抵抗３６、
リレーコイル３７を含む保護装置としてのスーパ
ーヒートスイツチ回路の制御対象として用いる。
流量制御回路の作動については第６図の説明で、
また、スーパーヒートスイツチ回路の作動につい
ては第８図に詳述したのでここでは省略する。

さて、第９図に示した制御回路の電源並びに作
動状況を述べる。まず、第１０図は自動車用空気
調和装置の電源並びに配線について示したもので
ある。同図において、スイツチ４１はクーラのメ
インスイツチであり、スイツチ４２は蒸発器吹き
出し空気温度制御用サーモスタツトのスイツチで
ある。従つて、クーラ始動時にはメインスイツチ
４１をONするとサーモスタツトスイツチ４２は
ONの状態になり蒸発器フアン４３と圧縮機４０
が駆動される。このようなクーラ配線が成されて
いるとき、第９図に示した電源Ｖ_Bはメインスイ
ツチの後部から取る。また、リレー３９はコイル
３７に通電していない時はONの状態に、また、
コイル３７に通電されるとOFFとなるようなも
のを使用してある。また、圧縮機が停止すると同
時に冷媒が蒸発器に流入するのを防止するため
に、流量制御弁への入力電源を遮断する目的でリ
レー３９及びサーモスタツトスイツチ４２とマグ
ネツトクラツチ４０との間から電磁弁１８の作動
電源をとつてある。従つて、メインスイツチ４１
が投入されると、サーモスタツトスイツチ４２が
ONの状態である場合にはマグネツトクラツチ４
０がONの状態となり、蒸発器フアン４３ととも
に圧縮機が駆動される。また、蒸発器吹き出し空
気温度が設定値より低下してサーモスタツトスイ
ツチ４２がOFFの状態となると、蒸発器フアン
４３は運転を継続するが、圧縮機４０及び電磁弁
１８はOFFされることとなる。つぎに、冷媒不
足によつてサーモスタツトスイツチがONの状態
で、蒸発器出口冷媒の過熱度が所定の値を越える
と、電磁弁１８と、電圧発生回路２２と、マルチ
バイブレータ２４と、定電圧発生回路２５と、増
幅器２６からなる過熱制御手段が作動しリレーコ
イル３７が励磁されリレー３９はOFFとなり、
電磁弁１８及び圧縮機４０はOFFされることと
なる。

ところで、第９図に示した制御回路では冷媒不
足が原因で蒸発器出口過熱度が上昇し、リレーに
よつて圧縮機及び電磁弁がOFFとなつても、メ
インの電源がOFFとならないため蒸発器出口過
熱度が所定の値以下に戻ると再び圧縮機及び電磁
弁が作動することとなる。このようなON―OFF
動作は圧縮機に損傷を与える。これを回避する方
法として第１１図に示すようなリレー装置を設け
る。

同図ではＶ_Bはメインスイツチ４１の後から取
るが、メインスイツチ４１の投入の瞬間だけON
するようなスイツチ４４と、二接点リレー３９を
設けてある。また、e₆及びe₇は第８図の電圧と同
じである。さて、同回路における配線はe₇の回路
にトランジスタ２個を用いてインバート回路４５
を形成し、同インバート回路のエミツタ側を二接
点リレー３９の一つの接点４６に接続し、同接点
４６を介してアースする。また、他の接点４７は
それぞれＶ_Bなる電源及びサーモスタツトスイツ
チ４２を介して圧縮機４０のマグネツトクラツチ
と接続している。一方、リレーコイル３７の一端
はＶ_Bなる電源と、他端は前記の如くメインスイ
ツチ４１の投入の瞬間だけONとなるスイツチ４
４を介してアースされる。また、電磁弁１８の作
動電源はサーモスタツトスイツチ４２と圧縮機４
０の間から取つてある。

つぎに、同回路の作動状態を説明すれば、クー
ラ始動時にメインスイツチ４１が投入されるとス
イツチ４４がONとなりリレーコイル３７が励磁
されるため接点４６及び４７がONされる。一
方、この時点ではe₇はLowレベルであるからトラ
ンジスタ４８はONの状態であり電流はリレーコ
イル３７、トランジスタ４８、接点４６の順に流
れてアースされる。従つて、e₇がHighレベルあ
るいはサーモスタツトスイツチ４２がOFFの状
態とならない限りは圧縮機４０並びに電磁弁１８
は運転を継続する。これを詳述すれば、冷媒存在
量が正常であり蒸発器出口過熱度が所定の値を越
さない限りはe₇はLowレベルにあるため、リレー
コイルは励磁されているから、サーモスタツトス
イツチ４２がONのときには圧縮機４０並びに電
磁弁１８は運転され、サーモスタツトスイツチ４
２がOFFのときには圧縮機４０並びに電磁弁は
運転を停止する。また、冷媒不足あるいは冷凍サ
イクル流路が何らかの原因で閉塞されて蒸発器出
口冷媒の過熱度が所定の値を越えたときにはe₇が
Highレベルとなつてサーモスタツトスイツチ４
２の状態にかかわらずリレーコイル３７は励磁状
態から開放されるため、圧縮機４０並びに電磁弁
１８は運転を停止する。一度リレー３９がOFF
の状態となると、e₇がLowレベルとなつたとして
もリレーコイル３７は励磁されないため、圧縮機
４０並びに電磁弁１８は自動的に運転を復起する
ことはない。ただし、一度メインスイツチ４１を
OFFしてから再度同スイツチ４１をONすればe₇
がHighレベルとならない間は運転可能である。

第９図の実施例に示したような制御回路を用い
ることにより、素子の共用ができるため安価で、
かつ正確な作動特性を有する流量制御回路とスー
パーヒート（即ち過熱度）異常時の保護回路が得
られ、圧縮機等の機器には全く加工を施すことな
く保護装置の機能を持たせることができる。ま
た、最近IC素子は４個一組のものが用いられる
ため第６図に示したような従来の流量制御回路で
余つた１つのICをスーパーヒートスイツチ回路
に使用できるため経済的な制御回路を提供できる
などの効果がある。また、電磁弁１８並びに圧縮
機マグネツトクラツチの作動電源部に第１１図に
示したような回路を採用することによつて一度過
熱度が異常に上昇して圧縮機がOFFとなると自
動的に復起運動されることがないため、圧縮機の
保護機能が向上する。

尚、第１１図のインバート回路４５の部分を第
１２図に示したような回路に変更することによつ
てスーパーヒートスイツチ回路が動作して圧縮機
４０並びに電磁弁１８が運転を停止した時にのみ
点灯する警告燈４８を設置することも可能であ
る。このような回路を用いることによつてユーザ
に冷凍サイクルの異常を報知することができるた
め、ユーザに安心感を与えることができる。

以上説明したように本発明によれば蒸発器の出
口の過熱度を電気的信号として検出し、検出され
た信号と設定過熱度信号を比較し、設定された過
熱度信号を越えたとき、圧縮機を停止したり、警
告を発つしたり、いわゆる保護装置を作動するも
のであるから、構成部品中温度センサ以外のもの
は他の制御回路と共に一箇所にまとめて取り付け
ることができ、部品の占有スペースは従来品に比
べて半分以下となる。更に、過熱度は電気的信号
から得るため、信頼性が高く、従来の機械式のス
ーパーヒートスイツチに比べると寿命及び安定性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷凍サイクルの概略図、第２図は温度
式膨張弁の一例を示す構造図、第３図は電気式流
量制御装置の構成を示す概略図、第４図、第５図
は電気式流量制御装置の作動原理を説明するため
の図、第６図は電気式流量制御装置の電気回路を
示す図、第７図は従来の保護装置としてのスーパ
ーヒートスイツチの断面図、第８図は本発明の一
実施例になる保護装置としての電気式スーパーヒ
ートスイツチ回路、第９図は本発明の実施例にな
る流量制御回路と保護装置としてのスーパーヒー
トスイツチ回路を組み合わせた図、第１０図はカ
ークーラの電気配線を示す図、第１１図及び第１
２図は本発明の他の実施例を示す図である。 １……圧縮機、４……膨張手段、５……蒸発
器、１９……温度センサ、２０……温度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷凍サイクルの蒸発器出口冷媒の過熱度を検
   出し、該過熱度に応じた電気信号を発生する過熱
   度検出手段と、該過熱度検出手段の出力電気信号
   に応じて前記蒸発器へ流入する冷媒の量を制御
   し、もつて前記蒸発器出口の冷媒の過熱度が所定
   値になる様に制御する過熱度制御手段と、前記過
   熱度検出手段の出力電気信号を監視し、該出力電
   気信号が所定値を越えた時出力を発生して冷凍サ
   イクルの保護装置を作動させる異常過熱度検出手
   段とを設けた冷凍サイクルの冷媒流量制御装置に
   おいて、前記過熱度検出手段は、冷媒を膨張させ
   て蒸発器におくる膨張手段と蒸発器との間に設け
   られて冷媒温度を電気信号に変換する第１の温度
   センサと、前記蒸発器出口部に設けられて冷媒温
   度を検出し電気信号に変換する第２の温度センサ
   と、前記第１の温度センサの電気信号と前記第２
   温度センサの電気信号とに基づいて蒸発器出口の
   冷媒過熱度を演算する手段とから成ることを特徴
   とする冷凍サイクルの冷媒流量制御装置。