(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器(３,６)と主膨張機構(９)との間に順に設けた副膨張機構(１６)と過冷却熱交換器(１５)を有する過冷却回路(８)と、上記過冷却熱交換器(１５)からのガス冷媒を圧縮機(１)の中間圧部分(１ａ)に注入するインジェクション回路(１０)を備える冷凍装置であって、
上記主,副膨張機構は、主,副電動膨張弁(９,１６)からなり、
上記副電動膨張弁(１６)が冷媒を流す能力が、上記主電動膨張弁(９)が冷媒を流す能力よりも小さくなるように、副電動膨張弁(１６)の上限の開度を制御する膨張弁制御手段(１０１)を備え、
上記膨張弁制御手段(１０１)は、
上記過冷却回路における冷媒温度に基づいて、上記副電動膨張弁の目標開度を算出し、
上記主電動膨張弁の開度よりも小さな上記副電動膨張弁の上限開度を算出し、
上記副電動膨張弁の目標開度と上記上限開度とを比較し、上記副電動膨張弁の目標開度が上記上限開度よりも大きいときは、上記副電動膨張弁の上記目標開度を上記上限開度に修正して、上記副電動膨張弁の開度を上記上限開度に修正した目標開度にすることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
上記主電動膨張弁(９)と副電動膨張弁(１６)は、構造,寸法が同一の電動膨張弁からなることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、過冷却回路とインジェクション回路を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の冷凍装置としては、図４に示すものがある。この冷凍装置は、圧縮機５１と凝縮器５２と過冷却熱交換器５３と主電動膨張弁５４と蒸発器５５とアキュムレータ５６が順に接続された主回路５７を有する。上記凝縮器５２と過冷却熱交換器５３との間で主回路５７から分岐した分岐管６０は、上記過冷却熱交換器５３の内管５３Ａに接続されている。
【０００３】
この内管５３Ａは、外管６１内を主流の下流から上流へ延びて、インジェクション配管６２に接続されている。上記分岐管６０は副電動膨張弁６３を有している。上記インジェクション配管６２は、圧縮機５１の中間圧の部分５１Ａに接続されている。
【０００４】
この冷凍装置は、過冷却熱交換器５３,分岐管６０,副電動膨張弁６３が構成する過冷却回路によって、凝縮器５２から主電動膨張弁５４に向かう冷媒を過冷却して、冷凍効率の向上を図る。さらに、過冷却熱交換器５３で吸熱した分岐管６０からの分岐冷媒をインジェクション配管６２から圧縮機５１の中間圧の部分５１Ａに注入することによって、冷凍効率の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インジェクション回路に電動弁などの減圧機構を持つ冷媒回路によって冷媒制御を行う場合、インジェクション用副電動膨張弁６３が流す流量を主電動膨張弁５４が流す流量より少なくする必要がある。何故ならば、副電動膨張弁６３が流す冷媒量が、主電動膨張弁５４が流す冷媒量よりも多いと、過冷却熱交換器５３で冷媒が蒸発しきれず、過度の液冷媒が圧縮機５１に注入されるからである。過度の液冷媒が圧縮機５１に注入されると、液圧縮の恐れがあり、また、メイン側熱交換器である蒸発器５５への流量減となり、性能ダウンにつながる。
【０００６】
上記従来の冷凍装置では、主電動膨張弁５４と副電動膨張弁６３を、運転周波数やサーミスタ温度によって、各々独立して制御していたので、過渡状態では上記のような過度のインジェクションが発生する恐れがあった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、過度のインジェクションを防止できる過冷却回路とインジェクション回路を備えた冷凍装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の請求項１の発明の冷凍装置は、凝縮器と主膨張機構との間に順に設けた副膨張機構と過冷却熱交換器を有する過冷却回路と、上記過冷却熱交換器からのガス冷媒を圧縮機の中間圧部分に注入するインジェクション回路を備える冷凍装置であって、
上記主,副膨張機構は、主,副電動膨張弁からなり、
上記副電動膨張弁が冷媒を流す能力が、上記主電動膨張弁が冷媒を流す能力よりも小さくなるように、副電動膨張弁の上限の開度を制御する膨張弁制御手段を備え、
上記膨張弁制御手段は、
上記過冷却回路における冷媒温度に基づいて、上記副電動膨張弁の目標開度を算出し、
上記主電動膨張弁の開度よりも小さな上記副電動膨張弁の上限開度を算出し、
上記副電動膨張弁の目標開度と上記上限開度とを比較し、上記副電動膨張弁の目標開度が上記上限開度よりも大きいときは、上記副電動膨張弁の上記目標開度を上記上限開度に修正して、上記副電動膨張弁の開度を上記上限開度に修正した目標開度にすることを特徴としている。
【０００９】
この請求項１の発明の冷凍装置では、膨張弁制御手段が、副電動膨張弁の上限の開度を制御して、副電動膨張弁が冷媒を流す能力を、主電動膨張弁が冷媒を流す能力よりも小さくする。したがって、この発明によれば、過度のインジェクションを回避して圧縮機の信頼性向上を果たしつつ、過冷却回路とインジェクション回路によって冷凍効率を向上できる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の冷凍装置において、上記主電動膨張弁と副電動膨張弁は、構造,寸法が同一の電動膨張弁からなることを特徴としている。
【００１１】
この請求項２の発明では、主電動膨張弁と副電動膨張弁は、構造,寸法が同一の電動膨張弁からなるから、部品を共通化でき、コストダウンを図れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１に、この発明の冷凍装置の実施の形態としての空気調和機を示す。この実施形態は、圧縮機１,四路切換弁２,室外熱交換器３,整流回路５,室内熱交換器６が順に接続された冷媒回路を有する。上記室内熱交換器６は、アキュムレータ７ａ,７ｂを経由して圧縮機１の吸入側に接続されている。
【００１４】
上記整流回路５は、第１,第２逆止弁１１,１２の直列接続回路と第３,第４逆止弁１３,１４の直列接続回路とが並列に接続された回路である。第１逆止弁１１と第２逆止弁１２は、それらの接続点Ｐ１に向かって順方向になるように接続されており、第３逆止弁１３と第４逆止弁１４は、それらの接続点Ｐ２に向かって逆方向になるように接続されている。
【００１５】
そして、上記整流回路５の接続点Ｐ１とＰ２の間に、過冷却回路８と主電動膨張弁９およびインジェクション回路１０が接続されている。
【００１６】
過冷却回路８は、過冷却熱交換器１５とインジェクション用副電動膨張弁１６とで構成されている。この過冷却熱交換器１５は、接続点Ｐ１と主電動弁９の間に接続されている。また、インジェクション用副電動膨張弁１６は、接続点Ｐ１から分岐して過冷却熱交換器１５内の内管２１の入口２１ａに接続されている。そして、この内管２１の出口２１ｂはインジェクション配管２２に接続されており、このインジェクション配管２２は、上記圧縮機１の中間圧の箇所１aに接続されている。
【００１７】
次に、上記構成の空気調和機の基本動作を説明する。なお、図３には、図１の冷媒回路の各部Ｑ１〜Ｑ８でのモリエル線図上での状態を示している。まず、四路切換弁２が、図１に破線で示す経路を連通させ、冷房位置にあるときには、圧縮機１が吐出した冷媒は、室外熱交換器３で凝縮されて、整流回路５の第１逆止弁１１に流入し、接続点Ｐ１でインジェクション用副電動膨張弁１６へのサブ流と過冷却熱交換器１５へのメイン流とに分かれる。上記メイン流は、この過冷却熱交換器１５で過冷却されてから、主電動弁９で膨張して、接続点Ｐ２,第４逆止弁１４を通って、室内熱交換器６に至る。そして、室内熱交換器６で蒸発したメイン流は、四路切換弁２,アキュムレータ７ａ,７ｂを経て、圧縮機１の吸入側に戻る。
【００１８】
一方、上記サブ流は、上記インジェクション用副電動膨張弁１６で膨張されてから、過冷却熱交換器１５の内管２１を通って、吸熱してから、インジェクション配管２２を通って、圧縮機１の中間圧の箇所１ａに注入される。
【００１９】
また、上記四路切換弁２が、図１に実線で示す経路を連通させて、暖房位置にあるときには、圧縮機１が吐出した冷媒は、室内熱交換器６で凝縮されて、整流回路５の第２逆止弁１２に流入し、接続点Ｐ１でインジェクション用副電動膨張弁１６へのサブ流と過冷却熱交換器１５へのメイン流とに分かれる。上記メイン流は、過冷却熱交換器１５で過冷却されてから、主電動膨張弁９で膨張して、接続点Ｐ２,第３逆止弁１３を通って、室外熱交換器３に至る。そして、室外熱交換器３で蒸発したメイン流は、四路切換弁２,アキュムレータ７ａ,７ｂを経て、圧縮機１の吸入側に戻る。一方、上記サブ流は、インジェクション用副電動膨張弁１６で膨張されてから、過冷却熱交換器１５の内管２１を通って吸熱してから、インジェクション配管２２を通って、圧縮機１の中間圧の箇所１ａに注入される。
【００２０】
このように、この実施の形態によれば、整流回路５の働きによって、冷房時にも暖房時にも、過冷却および、圧縮機１の中間圧の箇所１ａへのガス冷媒の注入を行える。したがって、冷暖両方において、過冷却とガスインジェクションによる効率の向上を図ることができる。
【００２１】
また、この実施形態によれば、インジェクション用副電動膨張弁１６を全閉にすることで、インジェクション回路１０のインジェクション動作をオフにできる。また、副電動膨張弁１６の開度を所望の開度に制御することによって、過冷却回路８による過冷却度およびインジェクション回路１０による注入量を所望の値に設定できる。
【００２２】
次に、この実施形態でのインジェクション用副電動膨張弁１６の制御動作を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御を行う装置としては、ここでは、マイクロコンピュータで構成した制御部１０１を用いた。
【００２３】
まず、ステップＳ１では、制御部１０１は、過冷却熱交換器１５の内管２１の入口に接続された配管３１に取り付けられた温度センサ３３から内管２１の入口付近の冷媒温度ｔ１を得て、この冷媒温度ｔ１に基づいて、副電動膨張弁１６の目標開度ＥＶＭＫＢを算出する。次に、ステップＳ２に進み、制御部１０１は、主電動膨張弁９の現在の開度ＥＶＲＬＡを読み込む。この主電動膨張弁９の開度ＥＶＲＬＡは、圧縮機１の吐出管に取り付けた温度センサ３５,室内熱交換器６に取り付けた温度センサ３６,室外熱交換器３に取り付けた温度センサ３７からそれぞれ得た温度ｔ２,ｔ３,ｔ４に基づいて制御される。
【００２４】
次に、ステップＳ３に進み、副電動膨張弁１６の開度上限値を、次式(１)で算出する。
【００２５】
上限開度＝(ＥＶＲＬＡ)×α＋β          ………(１)
α＜１，βは、上限開度を(ＥＶＲＬＡ)よりも小さくするような値
次に、ステップＳ４に進み、目標開度ＥＶＭＫＢが、上記上限開度よりも大きいか否かを判断する。目標開度ＥＶＭＫＢが、上記上限開度よりも大きいと判断すれば、ステップＳ５に進み、上記目標開度ＥＶＭＫＢを上記上限開度に修正する。一方、目標開度ＥＶＭＫＢが、上記上限開度よりも大きくないと判断すれば、ステップＳ６に進み、制御部１０１は、副電動膨張弁１６に信号を送り、目標開度ＥＶＭＫＢにする。
【００２６】
この実施形態では、膨張弁制御部１０１が、副電動膨張弁１６の上限の開度を制御して、副電動膨張弁１６が冷媒を流す能力を、主電動膨張弁９が冷媒を流す能力よりも小さくする。したがって、この実施形態によれば、副電動膨張弁１６の開き過ぎによる過度のインジェクションを回避して圧縮機１の故障を回避しつつ、過冷却回路８とインジェクション回路によって空気調和効率を向上できる。
【００２７】
なお、上記主電動膨張弁９と副電動膨張弁１６を、構造,寸法が同一の電動膨張弁で構成した場合には、部品を共通化でき、コストダウンを図れる。
【００２８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この請求項１の発明の冷凍装置は、凝縮器と主膨張機構との間に順に設けた副膨張機構と過冷却熱交換器を有する過冷却回路と、上記過冷却熱交換器からのガス冷媒を圧縮機の中間圧部分に注入するインジェクション回路を備える冷凍装置であって、主,副膨張機構は、主,副電動膨張弁からなり、副電動膨張弁が冷媒を流す能力が、主電動膨張弁が冷媒を流す能力よりも小さくなるように、副電動膨張弁の上限の開度を制御する膨張弁制御手段を備えた。
【００２９】
この請求項１の発明の冷凍装置では、膨張弁制御手段が、副電動膨張弁の上限の開度を制御して、副電動膨張弁が冷媒を流す能力を、主電動膨張弁が冷媒を流す能力よりも小さくする。したがって、この発明によれば、過度のインジェクションを回避して圧縮機の信頼性向上を果たしつつ、過冷却回路とインジェクション回路によって冷凍効率を向上できる。
【００３０】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の冷凍装置において、上記主電動膨張弁と副電動膨張弁は、構造,寸法が同一の電動膨張弁からなる。この請求項２の発明では、主電動膨張弁と副電動膨張弁は、構造,寸法が同一の電動膨張弁からなるから、部品を共通化でき、コストダウンを図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の冷凍装置の実施の形態としての空気調和機の冷媒回路図である。
【図２】  上記空気調和機のインジェクション用電動式膨張弁の制御動作を説明するフローチャートである。
【図３】  上記空気調和機の動作を説明するモリエル線図である。
【図４】  従来の冷凍装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、１ａ…中間圧の箇所、２…四路切換弁、３…室外熱交換器、
５…整流回路、６…室内熱交換器、７…アキュムレータ、８…過冷却回路、
９…主電動弁、１０…インジェクション回路、１１…第１逆止弁、
１２…第２逆止弁、１３…第３逆止弁、１４…第４逆止弁、
１５…過冷却熱交換器、１６…インジェクション用電動式膨張弁、
２１…内管、２１ａ…入口、２１ｂ…出口、２２…インジェクション配管、
Ｐ１,Ｐ２…接続点、３３,３５,３６,３７…温度センサ、
１０１…膨張弁制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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