JPS63712B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱電膨張弁を用いた冷房装置に関し効
率のよい冷凍サイクルを構成すると共に、広範囲
の熱負荷に対しても常に適切な冷凍サイクルを構
成することを一つの目的とし、又、冷房運転の立
ち上り特性を良好にすることを他の目的とするも
のである。

従来の熱電形膨張弁を用いた装置の例として第
１図に示すように室内熱交換器ａの冷媒入口部に
第１の熱電対ｂを設け、出口部に第２の熱電対ｃ
を設けてこの二つの熱電対ｂ，ｃの温度差を制御
装置ｄを介して熱電形膨張弁ｅの開度を制御する
ことにより両熱電対ｂ，ｃの取付け部における冷
媒温度差を一定に保つようにして冷凍回路を制御
する冷房専用装置がある。

この構成であると、室内熱交換器ａにおける冷
媒による流路抵抗が大きい場合においては熱電対
ｂ，ｃの取り付け部における冷媒の飽和温度の差
が大きいことから熱電対ｃにおける冷媒の状態を
適切に検知することが困難となり圧縮機ｆへ流入
する冷媒の状態を精度良く制御することが極めて
困難である。

また、従来の熱電形膨張弁としては常閉式のも
の、すなわち、熱電形膨張弁内に設けた電気ヒー
タへの通電が断たれている場合に弁部分が閉じて
いるタイプのものしかなかつたため、冷房装置の
運転開始と前記電気ヒータに通電し、熱電形膨張
弁内に設けたバイメタルを加熱し変形させ、弁部
分を開方向に作動させたとしても、この弁部分の
開動作は圧縮機の動作に比較しておくれ、立ち上
り時における室内熱交換器への冷媒量は少なくな
り、立ち上り特性を良好に保つことは困難であつ
た。

本発明は上記従来の欠点を解消した冷房装置を
提供するものであり、以下にその一実施例につい
て第２図以下の図面を参考に説明する。

第２図において１は圧縮機であり、これに室外
熱交換器２，常開式の熱電膨張弁３及び室内熱交
換器４を環状に連結して冷凍回路を構成してい
る。５は圧縮機の吸入管６に設けた受液器であ
る。７は室内熱交換器４の流れの中央付近に伝熱
的に取り付けたサーミスタ、８は室外熱交換器４
の出口側に連結した冷媒管であり、この冷媒管に
別のサーミスタ９が伝熱的に取付けてある。１０
は両サーミスタ７，９からの信号を受けて熱電形
膨張弁３の絞り度を制御する制御装置である。な
お、１０′は電源である。

次に前記熱電形膨張弁３の構造について第３図
を参考に説明する。熱電形膨張弁４は弁部分１１
と弁駆動部分１２とからなる。弁部分１１は弁枠
１３と弁体１４とからなる。弁枠１３は弁座部１
５を設けかつ流体が流出入する流出入ポート１
６，１７を有し、各ポート１６，１７にはそれぞ
れ冷媒管１８，１９が接続されている。なお、弁
体１４は弁枠１３に形成した孔２０内に上下に摺
動自在に設けられている。一方、弁駆動部分１２
は、上ケーシング２１と下ケーシング２２と弁枠
１４とにより密閉された空間２３を形成してい
る。この空間２３内には二つのバイメタル２４，
２５が収納されており、両バイメタル２４，２５
はその両端にてスペーサ２６，２７を介して並説
されている。そして、両バイメタル２４，２５の
中央部に孔２８，２９を穿設し、上ケーシング２
１の内面中央部に固着させた支持ピン３０を上バ
イメタル２４の孔２８に上方から挿入し、また弁
体１４の上端に形成したピン部分３１を、下バイ
メタル２５の孔２９に下方から挿入することによ
り、両バイメタル２４，２５は空間２３内に支持
される。なお弁体１４は座金３２を介して、スプ
リング３３により常に上方向に付勢されている。
３４は上バイメタル２４を強制加熱する電気ヒー
タであり、上バイメタル２４に巻装されている。
この電気ヒータ３４への通電が断たれている場合
に、上バイメタル２４は、弁部分１１がほぼ全開
状態になるようにしている。３５，３６は前記電
気ヒータ３９の両端に接続される端子であり、上
ケーシング２１を貫通して設けられている。この
上バイメタル２４は電気ヒータ３４により強制加
熱されることにより、その両端が下方（図中矢印
Ａ方向）に移動するよう変形するものである。従
つて電気ヒータ３４に通電すると、上バイメタル
２４が変形し、スプリング３３の弾性力に抗して
弁体１４を下方に押し上げ、弁座１５と弁体１４
の下端との間の隙間を小さくする。すなわち、弁
の絞り度を大きくする。この場合の弁の絞り度
は、電気ヒータ３４への通電電力量により調整さ
れる。すなわち、大電力を通せば、上バイメタル
２４は大きく変形湾曲し、弁の絞り度が大きくな
る。逆に電気ヒータ３４への電力が小さい場合に
は、上バイメタル２４の変形量は少なく、弁の絞
り度は小さい。なお、下バイメタル２５は、孔２
０と弁体１４との摺動面から空間２３内に流入し
た冷媒及び周囲の空気温度による温度影響を受け
変形するもので、負荷状態補償用のバイメタルで
ある。

以上の構造において、次に動作の説明をする。
まず、電源を投入し、圧縮機１を運転すると、冷
媒は第２図中の実線矢印で示すごとく流れ、圧縮
機１から吐出された高温高圧ガス冷媒は凝縮器と
なる室外熱交換器２にて冷却され、更に熱電形膨
張弁３で減圧されて蒸発器となる室内熱交換器４
に流入する。

この室内熱交換器４で加熱され低圧ガス冷媒と
なり受液器５を介して圧縮機１に吸入される。

上記の冷媒回路が運転されると室内熱交換器４
に取り付けたサーミスタ７及び冷媒管８に取り付
けたサーミスタ９は各々の取り付け位置における
冷媒温度に相当する電気抵抗値を示す。

この二つのサーミスタ７，９の電気抵抗値差と
予じめ定めておいた値との差を制御装置１０が検
出して、その検出した差に応じた電圧を熱電膨張
弁３に印加する。

つまり、二つのサーミスタ７，９の電気抵抗値
の差が予め定めておいた値よりも大きい場合は熱
電形膨張弁３の電気ヒータ３４に印加する電圧を
大きくし、電気ヒータ３４の加熱量を大きくする
ことにより上バイメタル２４を矢印Ａ方向へ大き
く湾曲させ、弁体１４を下方に移動させ弁開度を
小さくすることにより冷媒流量を小さくする。す
なわち、絞り度を大きくする。この動作によりサ
ーミスタ９の感知温度が上昇し、両サーミスタ
７，９の電気抵抗値差が大きくなる。また、両サ
ーミスタ７，９の電気抵抗値の差が予め定められ
た値よりも大きい場合は逆に電気ヒータ３４への
印加電圧を上げることによつて、弁体１４を上方
に移動させ開度を大きくすることにより冷媒流量
を大きくする。この動作によりサーミスタ９の感
知温度は下降し、両サーミスタ７，９の電気抵抗
値差を小さくする。

上記の操作を両サーミスタ７，９の電気抵抗値
が予め定めておいた値となるまで繰り返えし行う
ことにより負荷の変動に対しても常に二つのサー
ミスタ７，９の電気抵抗値差、つまり冷媒温度の
差を一定に保つことができ、圧縮機１に流入する
冷媒の状態が制御できることから、より適切な冷
房運転を行うことができるとともに圧縮機１の温
度面での保護を行うことができる。

次にサーミスタ取付け位置について第２図と第
４図を参考に説明する。第２図は前述の通りであ
り説明を省略し第４図を説明する。

第４図は冷房運転時に、蒸発器として働く室内
熱交換器４内の冷媒の相状態をモデル的に示した
ものであり、サーミスタ７は室内熱交換器４内の
冷媒が加熱されて全てガス冷媒となる位置３７付
近のガス，液混相域の位置に取り付けられてい
る。斜線部３８は液冷媒を表わし、３９はガス冷
媒を表わす。４０は室内熱交換器４の入口部で、
４１は同出口部である。サーミスタ９はこの出口
部４６に設けてもよい。

冷房運転時において、熱電形膨張弁３を出た液
割合の多い混相冷媒は第４図において矢印の方向
に流れ室内熱交換器４の入口部４０から流入し、
次第に加熱されてガス割合いの多い混相冷媒とな
り位置３７で全てガス冷媒となり更に過熱されて
出口部４１から流出し受液器５を介して圧縮機１
に流入する。

上記の冷凍回路が構成されると、蒸発器として
の室内熱交換器４のサーミスタ７はその取付け部
における冷媒の飽和温度を検出することができ、
出口部４１における冷媒の飽和温度に近い値とな
り、出口部４１から冷媒管８のサーミスタ９まで
の冷媒の流路抵抗が大きくない場合はサーミスタ
９の取付け位置における冷媒の飽和温度にも近い
値を示す。このことからサーミスタ７，９の温度
差により冷媒管８での冷媒状態がより適格に検出
されることになり、圧縮機１に流入する冷媒の状
態をより正確に制御でき、適切な冷房運転を行う
ことができる。制御も容易にできる。

更に室内熱交換器４のサーミスタ７の取り付け
位置を前記室内熱交換器４の冷媒回路の長さ中央
付近に設けた場合の説明をする。周知のように冷
凍サイクルにおいて熱負荷が変化すると冷凍回路
構成部品内における冷媒の状態も変化する。

冷房運転時における蒸発器としての室内熱交換
器４内の冷媒の状態も変化するために、前記室内
熱交換器４内で全てガス域となる位置３７も移動
する。

室内熱交換器４のサーミスタ７の取り付け位置
を前記熱交換器４の冷媒回路の長さの中央付近と
すると、この位置においては、冷媒は負範囲の熱
負荷の変動が起きても常にガス，液混相域であり
相として一定しており、常にその位置での冷媒の
飽和温度を検出することができる。従つてこの室
内熱交換器４のサーミスタ７と冷媒管８のサーミ
スタ９とによつて圧縮機１へ流入する冷媒の状態
が常に正しく検出され、より正確に制御され、適
切な冷房運転を行うことができる。

これに対し、前記サーミスタ７を出口部４１付
近に設けると、熱負荷の変動によつて、サーミス
タ７はガス，液混相域の温度を検出したり、ガス
域を検出したりすることになり検出する相が一定
せず、冷媒管８に設けたサーミスタ９との温度関
係だけでは冷媒管８の冷媒の状態を適格に検出す
ることができなくなる場合が生ずる。つまり熱電
形膨張弁３の制御装置１０へ誤つた情報を送るこ
とにより熱電形膨張弁３を誤動作させたり、その
動作が不安定になつたりして熱負荷の変動に対し
ての制御範囲を著るしく限定することとなる。

なお、本発明の熱電形膨張弁は常開式のもので
あるため、冷房運転開始時には熱電形膨張弁３は
ほぼ全開状態に近くその絞り度は極めて低いため
大量に冷媒を流すことができ、室内熱交換器４へ
大量の冷媒を送ることができる。したがつて、冷
房運転開始時における立ち上りは迅速に行なわれ
る。特に電気ヒータ３４への通電からバイメタル
２４が変形するまでに、若干の時間を要するよう
な熱電形膨張弁であつても圧縮機に悪影響を与え
ることなく、立ち上り特性のよい運転が行なえ
る。

次に本発明の他の実施例について、第５図を参
考に説明する。この第５図に示す実施例において
は、一方のサーミスタ９の取付位置を、圧縮機１
への吸入管４７に設けた点で、第２図に示した実
施例と相違する。この両者の相違は冷媒のガス相
域での温度をどこで検出する相違するのみで、実
質的な作用効果に相違はない。

なお、以上の実施例では、冷媒の相状態を検出
する検出器としてサーミスタを用いたが、冷媒圧
力を検出し、この圧力に応じた電気信号を発する
圧力検出素子を用いてもよいことは明らかなとこ
ろである。

以上の実施例の説明から明らかなように本発明
の冷房装置によれば、冷凍回路中の冷媒絞り装置
として、常開式の熱電形膨張弁を設け、蒸発器と
して作用する室内熱交換器内における冷媒のガ
ス，液混相状態及びその下流におけるガス相状態
を検出器により検出して前記熱電形膨張弁の絞り
度を制御するようにしたものであるため、冷房運
転開始時における立ち上り特性を良好に保つこと
ができると共に、負荷変動が生じたとしても、こ
れを適切に検出し前記絞り度を制御することによ
り、常に効率よくかつ安定した冷房運転が行な
え、さらに圧縮機の保護をも行なうことができる
等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷房装置の概略冷凍回路図、第
２図は本発明の実施例をなす冷房装置の概略冷凍
回路図、第３図は同冷凍回路に用いた熱電形膨張
弁の断面図、第４図は室内熱交換器内の冷媒の相
状態をモデル的に示した説明図、第５図は本発明
の他の実施例をなす冷房装置の概略冷凍回路図で
ある。 １……圧縮機、２……室外熱交換器、３……熱
電形膨張弁、４……室内熱交換器、６……吸入
管、７……サーミスタ（検出器）、８……冷媒管、
９……サーミスタ（検出器）、１０……制御装置、
１１……弁部分、１２……弁駆動部分、１４……
弁体、２４……上バイメタル、３４……電気ヒー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機、室外熱交換器、熱電形膨張弁及び室
   内熱交換器を環状に連結して冷凍回路を形成し、
   前記熱電形膨張弁を弁部分と弁駆動部分とから形
   成し、前記弁駆動部分には前記弁部分に設けた弁
   体を作動させ絞り度を変化させるバイメタルとこ
   のバイメタルを加熱変形させる電気ヒータとを設
   け、前記バイメタルは通常は前記弁部分をほぼ全
   開状態に保ちかつ前記電気ヒータの加熱度に応じ
   て前記弁部分の絞り度を大きくするよう湾曲する
   ものとし、前記室内熱交換器内の冷媒が通常ガ
   ス・液混相域となる位置と、ガス単相域付近とな
   る位置とにそれぞれ冷媒状態を検出する検出器を
   設け、これら両検出器からの信号により前記電気
   ヒータへの供給電力を制御するようにしたことを
   特徴とする冷房装置。 ２ 一方の検出器を室内熱交換器の冷媒回路の長
   さのほぼ中央付近に設け、他の検出器を室内側熱
   交換器に連結した冷媒の出口側配管に設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の冷房
   装置。 ３ 一方の検出器を室内熱交換器の冷媒回路の長
   さのほぼ中央付近に設け、他の検出器を圧縮機へ
   の冷媒の吸入管に設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載した冷房装置。