| 【発明の名称】 |
冷凍サイクル装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 兼二
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| 【要約】 |
【課題】室外熱交換器（凝縮器）で凝縮能力過多の状態が発生する運転条件において、圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を抑制する。
【解決手段】冷房運転時に、減圧装置４上流側の高圧液冷媒部位をアキュムレータ１４に直接結合するバイパス通路１９と、このバイパス通路１９の弁手段２０とを備える。冷房運転時にアキュムレータ１４部の冷媒の過熱度が所定値以上に上昇すると、弁手段２０を開弁する。これにより、冬季低外気温時のごとき凝縮能力過多が発生する運転条件においても、減圧装置４上流側の高圧液冷媒をアキュムレータ１４に戻すことができる。そのため、圧縮機吸入冷媒の過熱度上昇を抑制して、圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を抑制できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒を圧縮し吐出する圧縮機（６）と、冷房運転時に、前記圧縮機（６）からの吐出ガス冷媒を凝縮する室外熱交換器（８）と、前記冷房運転時に、前記室外熱交換器（８）を通過した冷媒を減圧する減圧装置（４）と、前記冷房運転時に、前記減圧装置（４）を通過した冷媒を蒸発させる室内熱交換器（３）と、前記冷房運転時に、前記室内熱交換器（３）を通過した冷媒の気液を分離し、液冷媒を溜めてガス冷媒を前記圧縮機（６）に吸入させるアキュムレータ（１４）と、前記冷房運転時に、前記減圧装置（４）上流側の高圧液冷媒部位を前記アキュムレータ（１４）に直接結合するバイパス通路（１９）と、このバイパス通路（１９）を開閉する弁手段（２０）とを備え、前記冷房運転時に、前記アキュムレータ（１４）部の冷媒の過熱度が所定値以上に上昇したときに前記弁手段（２０）を開弁することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】 前記弁手段（２０）の開度を所定量ずつ徐々に増加させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】 前記アキュムレータ（１４）部の冷媒の温度を検出する温度センサ（１５）と、前記アキュムレータ（１４）部の冷媒の圧力を検出する圧力センサ（１６）と、前記温度センサ（１５）と前記圧力センサ（１６）の検出信号に基づいて前記アキュムレータ（１４）部の冷媒の過熱度を算出する過熱度算出手段（Ｓ１１０）と、この過熱度算出手段（Ｓ１１０）により算出された過熱度が所定値以上に上昇したときに前記弁手段（２０）を開弁する弁制御手段（Ｓ１２０，Ｓ１８０）とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】 前記弁手段（２０）を所定量開弁した後における、前記室内熱交換器（３）の出口冷媒温度の上昇量に基づいて冷媒量の不足を判定し、冷媒量の不足を表示することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍サイクル装置の冷房運転時における圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を抑制するための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷凍サイクル装置において、例えば、コンピュータおよびその周辺機器を設置したＯＡルームを空調するものでは、冬季の−１０°Ｃのような低外気温時でも、冷房運転を行う場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような低外気温時に冷房運転を行うと、凝縮器として作用する室外熱交換器で凝縮能力過多の状態が発生するので、室外熱交換器出口に配置される受液器に液冷媒が大量に溜まり、サイクル内の冷媒量分布の極端な不均一を生じる。その結果として、圧縮機吸入側に配置され、液冷媒を溜めるアキュムレータ内の液冷媒がなくなって、圧縮機吸入冷媒の過熱度が上昇する。そのため、圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を招き、圧縮機オイルの熱分解といった不具合を引き起こす恐れがある。
【０００４】また、サイクルの通常作動時には、アキュムレータ内の冷媒が圧縮機吸入圧力に応じた飽和温度（サイクル状況により−２０°Ｃ〜２０°Ｃ）になっているが、上記の凝縮能力過多時にはアキュムレータ内の冷媒が３０°Ｃ〜５０°Ｃといった高温になることから、サイクル内冷媒量が適正量であるにもかかわらず、冷媒不足と誤判断してしまうという問題も生じる。
【０００５】本発明は上記点に鑑みて、室外熱交換器（凝縮器）で凝縮能力過多の状態が発生する運転条件において、圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷房運転時に、減圧装置（４）上流側の高圧液冷媒部位をアキュムレータ（１４）に直接結合するバイパス通路（１９）と、このバイパス通路（１９）を開閉する弁手段（２０）とを備え、冷房運転時に、アキュムレータ（１４）部の冷媒の過熱度が所定値以上に上昇したときに弁手段（２０）を開弁することを特徴としている。
【０００７】これにより、冬季低外気温時のごとき凝縮能力過多が発生する運転条件においても、弁手段（２０）の開弁によりバイパス通路（１９）を通して減圧装置（４）上流側の高圧液冷媒をアキュムレータ（１４）に戻すことにより、圧縮機吸入冷媒の過熱度上昇を抑制して、圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を抑制できる。
【０００８】また、圧縮機吸入冷媒の過熱度上昇を抑制できるため、凝縮能力過多に起因する圧縮機吸入冷媒の過熱度上昇を冷媒不足状態であると誤判断することを防止できる。
【０００９】なお、上記アキュムレータ（１４）部の冷媒とは、アキュムレータ（１４）内部からアキュムレータ出口側にかけての冷媒を言う。
【００１０】請求項２に記載の発明のように、弁手段（２０）の開度を所定量ずつ徐々に増加させれば、圧縮機吸入冷媒の過熱度が急変動するのを防止して、サイクルのハンチングの発生を防止できる。
【００１１】請求項３に記載の発明のように、具体的には、アキュムレータ（１４）部の冷媒の温度を検出する温度センサ（１５）と、アキュムレータ（１４）部の冷媒の圧力を検出する圧力センサ（１６）と、この温度センサ（１５）と圧力センサ（１６）の検出信号に基づいてアキュムレータ（１４）部の冷媒の過熱度を算出する過熱度算出手段（Ｓ１１０）と、この過熱度算出手段（Ｓ１１０）により算出された過熱度が所定値以上に上昇したときに弁手段（２０）を開弁する弁制御手段（Ｓ１２０，Ｓ１８０）とを備える。
【００１２】これにより、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置を好適に実施できる。なお、請求項３における過熱度算出手段は図６のフローチャートに示すステップＳ１１０により、また、弁制御手段はステップＳ１２０，Ｓ１８０により構成できる。
【００１３】請求項４に記載の発明では、弁手段（２０）を所定量開弁した後における、室内熱交換器（３）の出口冷媒温度の上昇量に基づいて冷媒量の不足を判定し、冷媒量の不足を表示することを特徴としている。
【００１４】これによると、圧縮機吸入冷媒の過熱度が適正値となる状態まで弁手段（２０）を開弁した時に、それでもなお、室内熱交換器（３）の出口冷媒温度が上昇することに基づいて冷媒量の不足を判定するから、単純に圧縮機吸入冷媒の過熱度上昇だけに基づいて冷媒不足を判定する場合に比して真の冷媒量不足を的確に判定できる。
【００１５】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１、２は冷房および暖房運転が可能なヒートポンプ式冷凍サイクル装置の回路図であって、図１は冷房時を示し、図２は暖房時を示す。本冷凍サイクル装置は、例えば、コンピュータ等を設置したＯＡルームの空調装置のごとく冬季の低外気温時（−１０°Ｃ程度）でも冷房運転を行う場合がある。
【００１７】図１、２において、本実施形態の冷凍サイクル装置は、室外側に配置される室外ユニット１と、室内側に配置される室内ユニット２とにより構成されている。室内ユニット２には室内熱交換器３および冷房用減圧装置４が内蔵されている。室内熱交換器３は冷房時は蒸発器として作用し、且つ暖房時は凝縮器として作用するもので、図示しない室内ファンにより送風される室内空気が室内熱交換器３と熱交換した後に室内へ吹き出す。
【００１８】また、冷房用減圧装置４は冷房時に室内熱交換器３への流入冷媒を減圧するもので、電気的に弁開度が調整される電子膨張弁から構成される。また、冷房時に室内熱交換器３の冷媒出口側となる部位に冷媒温度センサ５が配置されている。
【００１９】一方、室外ユニット１には圧縮機６が備えられている。この圧縮機６は、図示しない駆動源（エンジン等）によって駆動され冷媒を圧縮し、吐出するもので、この圧縮機６の吐出側には吐出冷媒の流れ方向を切り替える切替装置としての四方弁７が配置されている。
【００２０】室外熱交換器８は図示しない室外ファンにより送風される外気と熱交換するもので、冷房時には凝縮器として作用し、且つ暖房時には蒸発器として作用するものである。暖房用減圧装置９は、暖房時に室外熱交換器５への流入冷媒を減圧するもので、電気的に弁開度が調整される電子膨張弁から構成される。
【００２１】受液器１０は室内熱交換器３または室外熱交換器８で凝縮した冷媒の気液を分離し、余剰液冷媒を溜めるものである。過冷却器１１は冷房時に受液器１０から流出する液冷媒を過冷却する。逆止弁１２、１３は、冷房時には過冷却器１１を通過する冷媒通路を形成し、暖房時には過冷却器１１をバイパスする冷媒通路を形成する。
【００２２】アキュムレータ１４は圧縮機６の吸入側に配置されて、圧縮機６への吸入冷媒の気液を分離し、余剰液冷媒を溜める。そして、アキュムレータ１４はオイルを含む液冷媒をガス冷媒に混合して、このガス冷媒を圧縮機吸入側へ導出する。アキュムレータ１４の出口側と圧縮機６の吸入側とを結合する吸入配管には冷媒温度センサ１５と冷媒圧力センサ１６が配置されている。
【００２３】また、アキュムレータ１４の入口側には、暖房時にアキュムレータ１４への流入冷媒を加熱する冷媒加熱器１７が配置されている。この冷媒加熱器１７は、例えば、圧縮機駆動源をなすエンジンの冷却水（温水）を熱源として冷媒を加熱する。
【００２４】更に、冷房時に過冷却器１１からの液冷媒が流れる高圧側液配管部（高圧液冷媒部位）１８を、冷媒加熱器１７を介してアキュムレータ１４の入口側に結合するバイパス通路１９を設け、このバイパス通路１９にバイパス用制御弁２０が設けてある。このバイパス用制御弁２０は電気的に弁開度が調整される弁手段であって、上記電子膨張弁と同一構成でよい。
【００２５】図３は本実施形態の電気制御のブロック図であり、電子制御装置２１はマイクロコンピュータ等により構成されるもので、センサ５、１５、１６等の信号を入力とし、予め設定されたプログラムに基づいて減圧装置４、９、バイパス用制御弁２０の開度制御、冷媒不足表示器２２の制御等を行う。なお、本実施形態では減圧装置４、９およびバイパス用制御弁２０としてステップモータのステップ数により弁開度が調整される電子膨張弁を用いている。
【００２６】次に、上記構成において本実施形態の作動を説明すると、図４は冷房時において冷媒量が適正量であるとき（適正サイクル）の冷媒状態を示すモリエル線図であり、図４中のａ，ｂ、ｃ、ｄ、ｅ，ｆはそれぞれ図１中のａ，ｂ、ｃ、ｄ、ｅ，ｆに対応する。
【００２７】冷房モードが設定されると、四方弁７が図１の状態となり、圧縮機６の吐出冷媒が室外熱交換器８に流入し、室外熱交換器８にて凝縮する。このとき、暖房用減圧装置９は全開状態となり、冷媒の減圧作用を行わないので、凝縮冷媒はそのまま暖房用減圧装置９を通過して受液器１０に流入する。
【００２８】受液器１０から流出する液冷媒は過冷却器１１で過冷却され、この過冷却液冷媒は逆止弁１２を通過して次に冷房用減圧装置４において減圧され低圧の気液２相状態となる。この低圧冷媒は室内熱交換器３にて室内空気から吸熱して蒸発する。
【００２９】冷房時には冷媒加熱器１７の加熱作用が停止されているので、室内熱交換器３にて蒸発した冷媒は四方弁７を通過した後、冷媒加熱器１７をそのまま通過してアキュムレータ１４内へ流入する。
【００３０】冷房時に適正サイクルが運転されているときは、アキュムレータ１４内に液冷媒とガス冷媒とが共存しているので、アキュムレータ１４内の冷媒は飽和状態にあり、図４のモリエル線図上のｅ点となる。そして、アキュムレータ１４の出口と圧縮機２の吸入口との間の配管抵抗等により冷媒圧力が下がるので、冷媒は過熱度を数°程度持った状態で圧縮機２に吸入される。
【００３１】これに対し、冬季の−１０°Ｃのような低外気温時で冷房運転を行うと、前述したように室外熱交換器８で凝縮能力過多の状態が発生して、受液器１０に液冷媒が大量に溜まる。その結果として、アキュムレータ１４内の液冷媒がなくなって、アキュムレータ１４内の冷媒が図５のｅ点に示すように過熱状態となる。そのため、圧縮機吸入ガス冷媒（図５のｆ点）の過熱度が上昇して、圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を引き起こすことがある。
【００３２】そこで、本実施形態ではアキュムレータ１４部の冷媒状態（図４、５のｅ点）を検出して、バイパス用制御弁２０の開度制御を行うことにより、圧縮機吸入ガス冷媒の過熱度上昇を抑制して、吐出ガス温度の異常上昇を防止する。
【００３３】図６は電子制御装置２１により実行される、バイパス用制御弁２０の開度制御のフローであり、この図６の制御フローは冷房モードの設定によりスタートし、まず、ステップＳ１００にてバイパス用制御弁２０の開度を全閉状態に初期化する。
【００３４】次に、ステップＳ１１０にてアキュムレータ１４部の冷媒の飽和温度Ｔｓを算出する。冷媒の飽和温度は圧力に基づいて決定されるので、圧力センサ１６により検出されるアキュムレータ部冷媒の実際の圧力Ｐｓから飽和温度Ｔｓを、Ｔｓ＝ｆ（Ｐｓ）として算出することができる。
【００３５】そして、温度センサ１５により検出されるアキュムレータ部冷媒の実際の温度Ｔｓｏと、飽和温度Ｔｓとに基づいてアキュムレータ部冷媒の過熱度ＳＨを、ＳＨ＝Ｔｓｏ−Ｔｓとして算出する。
【００３６】次に、ステップＳ１２０にて、アキュムレータ部冷媒の過熱度ＳＨが所定値ＳＨＯ以下であるか判定する。ここで、所定値ＳＨＯは具体的には例えば、１０°Ｃ程度である。ＳＨ≦ＳＨＯであるときは、ステップＳ１３０に進み、バイパス用制御弁２０が全閉状態にあるか判定する。
【００３７】制御弁２０が全閉であれば、ステップＳ１１０に戻り、全閉でないときはステップＳ１４０に進み、制御弁２０を現状開度から予め設定した所定量だけ閉弁する。そして、この制御弁２０の所定量閉弁状態を次のステップＳ１５０で所定時間ｔ１（例えば、１分間）保持し、その後に、ステップＳ１１０に戻る。
【００３８】一方、ステップＳ１２０にて、アキュムレータ部冷媒の過熱度ＳＨが所定値ＳＨＯより高いと判定されたとき、すなわち、アキュムレータ１４内の液冷媒がなくなって、アキュムレータ１４部の冷媒が図５のｅ点のように過熱状態となったときには、ステップＳ１６０に進み、バイパス用制御弁２０が全開状態にあるか判定する。
【００３９】制御弁２０が全開でないときはステップＳ１７０に進み、温度センサ５により検出される室内熱交換器出口冷媒温度をＴｏとして記憶し、次に、ステップＳ１８０で制御弁２０を現状開度から予め設定した所定量だけ開弁する。これにより、サイクル高圧側に溜まった液冷媒をバイパス通路１９、制御弁２０を通してアキュムレータ１４内へ直接送り込むことができるので、アキュムレータ部冷媒の温度を低下して、圧縮機吸入冷媒温度を低下できる。なお、制御弁２０の開度増加はステップＳ１８０を通過するごとに所定量度づつ徐々に行う。
【００４０】そして、この制御弁２０の所定量開弁状態を、次のステップＳ１９０で所定時間ｔ２（例えば、１分間）保持した後に、ステップＳ２００において、室内熱交換器出口冷媒温度の現時点での計測値Ｔｏ’と、上記記憶値Ｔｏ＋所定値αとの大小を判定する。ここで、αは具体的には例えば、２°Ｃ程度である。
【００４１】このステップＳ２００の判定はサイクル内冷媒量が真に不足しているのかどうかを判断するために行う。すなわち、アキュムレータ部冷媒の過熱度ＳＨが適正範囲内（本例の場合、ＳＨ≦ＳＨＯ）となるまで、制御弁２０の開弁を増加していき、その時、室内熱交換器出口冷媒温度が上昇すれば、室内熱交換器２への冷媒量が不足して冷房能力の不足状態が発生しているのであり、サイクル内冷媒量が真に不足していると判断できる。
【００４２】従って、時間ｔ２経過後の室内熱交換器出口冷媒温度Ｔｏ’がＴｏ＋αより小さいときは、室内熱交換器３の冷房能力が正常な状態であって、サイクル内冷媒量も正常であると判定できるので、Ｔｏ’＜（Ｔｏ＋α）であるときはステップＳ１１０に戻る。
【００４３】これに対し、Ｔｏ’≧（Ｔｏ＋α）であるときは、このＴｏ’の上昇がサイクル内冷媒量の不足に起因している可能性があるので、ステップＳ２１０に進み、Ｔｏ’≧（Ｔｏ＋α）の状態が所定時間ｔ３（例えば、１時間）以上継続したか判定する。
【００４４】この判定がＹＥＳであるときは、Ｔｏ’の上昇がサイクル内冷媒量の不足によると判断できるので、ステップＳ２２０にて冷媒不足表示器２２を作動させ、空調装置使用者に対し冷媒不足を表示する。空調装置の運転継続あるいは運転停止の選択は使用者に委ねる。
【００４５】また、ステップＳ１６０にてバイパス用制御弁２０が全開状態にあると判定されたときもステップＳ２１０に進み、バイパス用制御弁２０の全開状態が所定時間ｔ３（例えば、１時間）以上継続されると、ステップＳ２２０にて冷媒不足を表示する。
【００４６】一方、ステップＳ２１０の判定がＮＯであるときは、Ｔｏ’の上昇、あるいはバイパス用制御弁２０の全開状態がサイクル内冷媒量の不足によらない一時的な原因で発生しているので、ステップＳ１１０に戻る。
【００４７】以上により本実施形態によると、低外気温時に冷房運転を行っても、アキュムレータ部冷媒の過熱度ＳＨに対応してバイパス用制御弁２０の開度制御を行うことにより、圧縮機吸入冷媒温度の上昇を抑制して、圧縮機吐出ガス温度の異常上昇を防止できる。しかも、冷媒不足の判定も室内熱交換器出口冷媒温度の上昇に基づいて的確に行うことができる。
【００４８】なお、図２は暖房時の回路図であり、暖房時には室外熱交換器８が蒸発器として作用し、室内熱交換器３が凝縮器として作用するので、通常、凝縮能力過多現象が発生しない。そのため、バイパス用制御弁２０は通常、全閉状態に維持される。
【００４９】暖房時では冷房用減圧装置４が全開状態となり、冷媒の減圧作用を行わないので、室内熱交換器３からの凝縮冷媒はそのまま冷房用減圧装置４、逆止弁１３を通過し、受液器１０内に流入する。そして、受液器１０からの液冷媒が暖房用減圧装置９で減圧された後に、室外熱交換器８で外気から吸熱して蒸発する。
【００５０】（他の実施形態）なお、上記の一実施形態では、冷房および暖房運転が可能なヒートポンプ式冷凍サイクル装置について説明したが、本発明は、冷房専用の冷凍サイクル装置に適用してもよい。
【００５１】また、上記の一実施形態では、室外ユニット１に受液器１０および過冷却器１１を備える場合について説明したが、これらの受液器１０および過冷却器１１を備えない冷凍サイクル装置に本発明を適用してもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年６月７日（１９９９．６．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０００２２
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６４６７（Ｐ２０００−３４６４６７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５９６９８ |
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