JP2006308230A - 冷凍サイクル制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 凝縮器の吸込み温度上昇での高圧カットスイッチによる圧縮機のオン−オフ制御を廃止し、冷凍サイクル運転を継続でき、冷房性能を維持できる冷凍サイクル制御装置を提供する。
【解決手段】 冷凍サイクル内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力センサ９と、アキュムレータ５内の液冷媒１０の量を検出するレベルセンサ７，８と、電子式膨張弁３の弁開度を制御する制御装置６とを設け、サイクル内の高圧圧力が所定値以上になったら、アキュムレータ５内の液冷媒の量が高液面Ｈを維持するように、制御装置６によって該膨張弁３を強制的に開口する。これによって、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を少なくして、高圧圧力を低下させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍サイクル内での凝縮器の吸込み温度上昇による高圧カットを防止し、冷凍サイクル運転を継続し冷房性能を維持することができる冷凍サイクル制御装置に関する。

空調装置を稼動中、冷凍サイクル内の高圧圧力、即ち冷媒の凝縮圧力が異常に高くなると、機器を故障させたり、破損させたりする原因となる。このような冷凍サイクル内の圧力が異常に上昇したときの制御として、従来技術では高圧カットスイッチによる圧縮機のオン−オフ制御が一般的に用いられているが、この場合、冷房の吹出し温度が変動することで冷房フィーリングが悪化するという問題があった。

このような圧縮機のオン−オフ制御を防ぐ方法として、蒸発器が容量過剰状態に陥った場合（冷凍サイクル内の圧力が異常に上昇したとき）には、電動膨張弁の開度制御を過熱度一定制御から変更して圧縮機の高圧を適正値に保持する制御に変更する方法が、特許文献１により提案されている。

特公平６−５０１９７号公報

しかしながら、上記方法は、結果として膨張弁を絞り、蒸発器出口の過熱度を大きくすることになり、圧縮機への吸込み冷媒ガスの温度の上昇と冷媒ガスの流入量の減少を招き、圧縮機本体が過熱して信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷凍サイクルでの凝縮器の吸込み温度上昇での高圧カットスイッチによる圧縮機のオン−オフ制御を廃止し、冷凍サイクル運転を継続でき、冷房性能を維持することができる冷凍サイクル制御装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の冷凍サイクル制御装置を提供する。
請求項１に記載の冷凍サイクル制御装置は、冷凍サイクル内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段９と、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を制御する冷媒循環量制御手段６，７，８とを有していて、圧力検出手段９により検出された冷凍サイクル内の冷媒の高圧圧力が所定値以上になったときに、冷媒循環量制御手段６，７，８によって冷凍サイクル内を循環する冷媒量が少なくなるように制御するようにしたものであり、これにより、冷媒不足運転になり冷房能力低下するが、冷風の吹き出し温度の変動が小さく、冷房フィーリングは大幅に改善される。また、圧縮機１には過熱度０℃の冷媒が吸込まれるので、圧縮機１の過熱を防止でき、信頼性が向上する。

請求項２の該制御装置は、冷媒循環量制御手段６，７，８が、アキュムレータ内の液冷媒の量を検出する液量検出手段７，８と、減圧手段の弁開度を強制的に開ける開口手段６とよりなり、冷凍サイクル内の冷媒の高圧圧力が所定値以上になったとき、液量検出手段７，８によりアキュムレータ内の液冷媒が所定量に達したことが検出されるまで開口手段６によって減圧手段３，３２を強制的に開くようにしたものであり、これにより、アキュムレータ５内の液面レベルを上昇させ液冷媒をアキュムレータ５内に一定量保持して、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を少なくすることができる。
請求項３の該制御装置は、冷媒循環量制御手段６が、減圧手段の弁開度を強制的に開ける開口手段６であって、圧力検出手段９によって検出された冷媒の高圧圧力が、第１の所定値以上になったときに、第２の所定値に達するまで減圧手段３，３２を強制的に開くようにするものであり、これにより、アキュムレータ内の液冷媒を増加させ、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を少なくすることができる。

請求項４の該制御装置は、減圧手段として電子式膨張弁３を用いたものであり、この電子式膨張弁３の弁開度を制御して、冷凍サイクル内を循環する冷媒量の調整を行えるようにしたものである。
請求項５の該制御装置は、減圧手段として並列配置した温度感温式膨張弁３１と電磁弁３２との組み合わせ構成を用いたものであり、これにより、電磁弁３２を開閉することで冷凍サイクル内を循環する冷媒量を増減することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の冷凍サイクル制御装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態の冷凍サイクル制御装置を説明する図である。本実施形態の冷凍サイクルは、圧縮機（コンプレッサ）１、凝縮器（コンデンサ）２、減圧手段としての電子式膨張弁３、蒸発器（エバポレータ）４及びアキュムレータ５とからなり、これらが順に配管により接続されている。

この冷凍サイクルは次のように作用する。先ず、圧縮機１から高圧縮冷媒（高圧、高温のガス冷媒）が吐出され、凝縮器２に導入される。そして、この冷媒は凝縮器２で凝縮されて液相（高温、高圧の液冷媒）にされた後、電子式膨張弁３にて断熱膨張して気液二相冷媒（低温、低圧の冷媒）となる。この気液二相冷媒は、次いで蒸発器４内に導入されて気化してガス冷媒となる。このとき、蒸発器４により空気が冷却されて車室内の冷房に供給される。さらに、蒸発器４から排出されたガス冷媒は、アキュムレータ５内に入り、ここで一時的に貯留される。次いで、アキュムレータ５からガス冷媒のみが圧縮機１に吸入される。

また、圧縮機１の出口側の配管には、圧縮機１から吐出されたガス冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段である圧力センサ９が配置されている。更に、アキュムレータ５には、液冷媒１０の量を検出する液量検出手段である、高液面（Ｈ）レベルセンサ７と低液面（Ｌ）レベルセンサ８とが設けられている。圧力センサ９によって検出された冷媒の高圧圧力、及びレベルセンサ７，８によって検出されたアキュムレータ５内の液冷媒１０の量の情報は、制御装置６に入力され、これに基づいて制御装置６は、電子式膨張弁３の弁開度を制御する。この場合、レベルセンサ７，８及び制御装置６が、冷凍サイクル内を循環する冷媒の量を制御する冷媒循環量制御手段に相当する。

次に、上記構成の冷凍サイクル制御装置の作動について説明する。
（１）通常運転時
通常運転時においては、アキュムレータ５内の液冷媒１０が低液面（Ｌ）レベルセンサ８の位置にあるように、制御装置６によって電子式膨張弁３の弁開度を制御する。このようにアキュムレータ５内に常に液冷媒１０があるように冷凍サイクルを制御することにより、蒸発器４内で過熱度が０℃となり、過熱度を０℃以上確保する蒸発器４に対して、冷却性能が大きく、効率的な運転が可能である。

（２）高圧上昇時
圧力センサ９によって検出される、冷凍サイクル内の高圧圧力が所定値以上になると、アキュムレータ５内の液冷媒１０を高液面（Ｈ）レベルセンサ７の位置まで上昇させるため、制御装置６により電子式膨張弁を一時的にかつ強制的に開いて、アキュムレータ５内の液冷媒量を増加させ、液冷媒１０が高液面（Ｈ）レベルセンサ７の位置に到達した時点で、この位置を維持するように制御装置６によって電子式膨張弁３を制御する。

このように、アキュムレータ５内の液冷媒１０を高液面（Ｈ）レベルセンサ７の位置で一定量保持することにより、冷凍サイクル内の循環する冷媒は不足し、冷媒不足運転となる。これにより、冷凍サイクル内の高圧圧力は低下する。
なお、冷凍サイクルの冷媒不足運転により冷房能力は低下するが、冷風の吹出し温度の変動は小さく、圧縮機１のオン−オフ運転による冷風の温度変動に比較して、冷房フィーリングは大幅に改善される。また、圧縮機１には、過熱度０℃の冷媒が圧縮機１に吸い込まれるので、圧縮機１の過熱を防止でき、信頼性が向上する。

図２は、本実施形態における冷凍サイクルをモリエル線図上に表わした図である。図２で、横軸はエンタルピｉ（kcal／kg）を表わし、縦軸は絶対圧力Ｐ（kg／cm²abs）を表わしている。実線で示す冷凍サイクルは、アキュムレータ５内の液冷媒１０が低液面（Ｌ）レベルセンサ８の位置にある状態の通常運転時の冷凍サイクルを表わしており、冷却能力の大きな運転が行われていることを示している。また点線で示す冷凍サイクルは、アキュムレータ５内の液冷媒１０が高液面（Ｈ）レベルセンサ７の位置にある状態の高圧上昇時における運転の冷凍サイクルを表わしており、冷却能力の小さい、高圧が低下した運転が行われていることを示している。

図３は、本発明の別の実施形態の冷凍サイクル制御装置を説明する図である。上述した実施形態では、減圧手段として電子式膨張弁３を使用しているが、本実施形態では、減圧手段として並列配置された温度感温式膨張弁３１と電磁弁３２との組み合わせで構成されている。その余の構成は、先の実施形態と同様である。したがって、この別の実施形態では、レベルセンサ７，８及び制御装置６が、冷凍サイクル内を循環する冷媒の量を制御する冷媒循環量制御手段に相当する。

この実施形態では、通常運転時においては、アキュムレータ５内の液冷媒１０が低液面（Ｌ）レベルセンサ８の位置にあるように、制御装置６によって電磁弁３２が閉じられ、凝縮器２に凝縮された高温・高圧の液冷媒１０は、温度感温式膨張弁３１を通って膨張して気液二相冷媒となって蒸発器４に導入されるようになる。
これに対して、圧力センサ９により検出された高圧圧力が所定値以上であった場合は、制御装置６により電磁弁を強制的に開弁し、凝縮器２によって凝縮された液冷媒は、電磁弁３２と温度感温式膨張弁３１の両者に分かれて通った後、蒸発器４に導入されるようになり、アキュムレータ５内の液冷媒１０が増加して高液面（Ｈ）レベルセンサ７の位置を維持するようにする。これにより、冷凍サイクル内の循環する冷媒は不足し、冷媒不足運転となり、冷凍サイクル内の高圧圧力が低下する。

以上説明したように、本発明では、通常運転時ではアキュムレータ５の液面レベルを低く抑え、冷凍サイクル内の高圧圧力が所定値以上に上昇したときは、減圧手段の弁開度を開き、アキュムレータ５内の液面レベルを上昇させ、液冷媒１０をアキュムレータ５内に一定量保持して、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を少なくする。これにより、冷凍サイクルは冷媒ガス不足状態となり、高圧圧力が低下する。また、圧縮機１にはアキュムレータ５により過熱度０℃の冷媒が常に吸込まれるので、圧縮機１の過熱を防止でき、信頼性の低下を防止できるものである。

なお、上述した実施形態においては、圧力センサ９及びレベルセンサ７，８を使用して、これらによって検出された情報に基づいて、制御装置６によって減圧手段である電子式膨張弁３又は電磁弁３２を制御することによって、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を制御しているが、レベルセンサ７，８を除去し、圧力センサ９のみを使用して冷凍サイクル内を循環する冷媒量を制御することもできる。即ち、圧力センサ９によって検出された冷凍サイクル内の高圧圧力が、第１の所定値以上になったときに、制御装置６によって減圧手段の弁開度を強制的に開き、この高圧圧力が第２の所定値以下に達するまでこの状態を続けるようにしてもよい。この場合においては、制御装置６が冷媒循環量制御手段であり、開口手段でもある。

本発明の実施の形態の冷凍サイクル制御装置を説明する図である。 本発明の冷凍サイクル制御装置の冷凍サイクルをモリエル線図上で説明する図である。 本発明の別の実施形態の冷凍サイクル制御装置を説明する図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 電子式膨張弁（減圧手段）
３１ 温度感温式膨張弁
３２ 電磁弁
４ 蒸発器
５ アキュムレータ
６ 制御装置（冷媒循環量制御手段、開口手段）
７ 高液面（Ｈ）レベルセンサ（液量検出手段）
８ 低液面（Ｌ）レベルセンサ（液量検出手段）
９ 圧力センサ（圧力検出手段）

Claims (5)

1. ガス冷媒を圧縮する圧縮機（１）、圧縮されたガス冷媒を凝縮する凝縮器（２）、凝縮された冷媒を減圧する減圧手段（３，３１，３２）、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４）及びアキュムレータ（５）を順次接続した冷凍サイクルであって、
   前記冷凍サイクル内の冷媒の高圧圧力を検出する圧力検出手段（９）と、
   前記冷凍サイクル内を循環する冷媒量を制御する冷媒循環量制御手段（６，７，８）と、
   を有していて、前記圧力検出手段（９）により検出された冷媒の高圧圧力が所定値以上になったときに、前記冷媒循環量制御手段（６，７，８）によって、前記冷凍サイクル内を循環する冷媒量が少なくなるように制御することを特徴とする冷凍サイクル制御装置。
2. 前記冷媒循環量制御手段（６，７，８）が、
   前記アキュムレータ内の液冷媒の量を検出する液量検出手段（７，８）と、
   前記減圧手段の弁開度を強制的に開ける開口手段（６）と、
   よりなり、前記冷凍サイクル内の冷媒の高圧圧力が所定値以上になったとき、前記液量検出手段（７，８）により、前記アキュムレータ内の液冷媒が所定量に達したことが検出されるまで、前記開口手段（６）によって前記減圧手段（３，３２）を強制的に開くことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル制御装置。
3. 前記冷媒循環量制御手段（６）が、前記減圧手段の弁開度を強制的に開ける開口手段（６）であり、前記圧力検出手段（９）によって検出された高圧圧力が、第１の所定値以上になったときに、第２の所定値に達するまで前記開口手段によって前記減圧手段（３，３２）を強制的に開くことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル制御装置。
4. 前記減圧手段が、電子式膨張弁（３）であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の冷凍サイクル制御装置。
5. 前記減圧手段が、並列に配置された温度感温式膨張弁（３１）と電磁弁（３２）との組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の冷凍サイクル制御装置。

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