JP2010127481A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】アキュムレータから冷凍サイクルとして循環する冷媒量を、圧縮機の冷媒吐出温度により制御することを可能にした空気調和機を提供すること。
【解決手段】圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、減圧器と、室内熱交換器とを具備した空気調和機において、前記四方弁と圧縮機の間に熱交換後の油を含む冷媒の気液混合体を貯留するアキュムレータを配置し、このアキュムレータに設けたガス吸込み管を第１の絞り機構を介して前記圧縮機に連結し、このアキュムレータの底部に戻し調整管を設け、この戻し調整管に第２絞り機構を介して戻し管に連結し、この戻し管を前記ガス吸込み管における前記第１絞り機構と圧縮機の間に連結し、前記第２の絞り機構は、前記圧縮機の吐出温度により開閉制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、室外機におけるアキュムレータから冷凍サイクルとして循環する冷媒量を、圧縮機の冷媒吐出温度により制御することを可能にした空気調和機に関するものである。

ＶＲＦ（ビル用マルチエアコン）システムでは、室内機の接続台数が多く（例えば１８台）、室外機は１台又は複数台（一般的には３台まで）接続され、配管長が１５０ｍ以上に達する。
圧縮機への過度の液バックを一時的に防御するために、アキュムレータを設置する。このアキュムレータは、冷媒と油の分離はもとより、暖房運転時に発生するガスと液体の２相の冷媒をも分離する傾向にある。そのため、暖房時の湿った冷媒は、アキュムレータに分離されて貯留されてしまう。

このようにアキュムレータに液冷媒が貯留されると、運転時にアキュムレータに冷媒がとどまることで仕事をしない無駄な冷媒が増え、コストアップになる。
また、暖房運転時には、冷媒をアキュムレータに貯留せずに運転することで高効率化できるにも拘らず、アキュムレータの存在で分離器としての機能が大きく、冷媒を溜め込んでしまう。これにより、冷凍サイクルとして循環する冷媒量が減少し、暖房能力の低下になるなど、冷媒不足の状態となり最適運転が出来なくなる。

アキュムレータ内の余剰冷媒が多い運転モードと少ないモードで２通りの返油を行わせる方法が既に知られている（特許文献１）。
この特許文献１によれば、図４に示すように、圧縮機２１と、４方弁２２と、室外機１８と、減圧器２４と、室内機１９及びアキュムレータ２５が配管接続された冷媒回路において、圧縮機２１への返油回路としてアキュムレータ２５の底部とガス吸込み管３４を接続する戻し管３５に、第１の返油装置１０と、この第１の返油装置１０と並列に、電磁弁１２を介して第２の返油装置１１を配管接続したものである。

この特許文献１には、その動作が次のように記載されている。
「冷房運転時には、液側延長配管内の冷媒状態が低圧の気液混合冷媒となるために、アキュムレータ２５内部には多量の余剰冷媒液が保持され、液面高さにより発生する液柱圧が大きくなるので、第１の返油装置１０を通過する冷媒と冷凍機油の混合液の量が多くなる。従って、電磁弁１２を閉路して第２の返油装置１１の回路を遮断しても十分な返油能力が得られると共に、過度の液バックを防止する。
また、暖房運転時には、液側延長配管内の冷媒状態が高圧の液冷媒となるために、アキュムレータ２５内部には少量の冷媒液が保持されて運転されている。つまり、この場合には液面高さが低くなっているので、液面高さにより発生する液柱圧が小さくなり、第１の返油装置１０を通過する流量が少なくなる。従って、電磁弁１２を開路して第２の返油装置１１を介して返油を補うようにして、十分な返油能力を確保すると共に、過度の液バックを確保する。」
特開平２−１７３６３号公報。

以上のような特許文献１記載の方法では、アキュムレータ２５の内部の冷媒液量が少ない暖房運転時に、電磁弁１２を開放して第１の返油装置１０と第２の返油装置１１により返油させ、アキュムレータ２５の内部の冷媒液量が多い冷房運転時に、電磁弁１２を閉鎖して第１の返油装置１０のみで返油させる、としている。
ところが、この特許文献１に記載の方法では、圧縮機２１の吐出温度の上下に伴う返油量の制御が行われていないため、圧縮機２１の吐出温度が上がりすぎにも拘らず、冷媒量を増加しないと、圧縮機が過運転となり、圧縮機の信頼性を損なうという問題があった。

本発明は、アキュムレータから冷凍サイクルとして循環する冷媒量を、圧縮機の冷媒吐出温度により制御することを可能にした空気調和機を提供することを目的とするものである。

本発明の空気調和機は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、減圧器と、室内熱交換器とを具備した空気調和機において、前記四方弁と圧縮機の間に熱交換後の油を含む冷媒の気液混合体を貯留するアキュムレータを配置し、このアキュムレータに設けたガス吸込み管を第１の絞り機構を介して前記圧縮機に連結し、このアキュムレータの底部に戻し調整管を設け、この戻し調整管に第２絞り機構を介して戻し管に連結し、この戻し管を前記ガス吸込み管における前記第１絞り機構と圧縮機の間に連結し、前記第２の絞り機構は、前記圧縮機の吐出温度により開閉制御されるようにしたことを特徴とする。

第２絞り機構は、電磁弁と毛細管の並列回路を含み、前記電磁弁は、圧縮機の吐出温度により開閉制御されるようにしたことを特徴とする。

また、第２絞り機構は、複数の電磁弁と毛細管の並列回路を含み、前記複数の電磁弁は、圧縮機の吐出温度により開閉制御するようにしたことを特徴とする。

圧縮機は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機とスクロール型の一定速の第２圧縮機とを並列に連結してなり、これら第１圧縮機と第２圧縮機に設けた温度センサの少なくともいずれか一方の吐出温度が設定値を超えたときに電磁弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする。

圧縮機は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機とスクロール型の一定速の第２圧縮機とを並列に連結してなり、これら第１圧縮機と第２圧縮機における本体側壁と出口側に設けた冷媒温度を検出する温度センサの少なくともいずれか一つの吐出温度が設定値を超えたときに電磁弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、減圧器と、室内熱交換器とを具備した空気調和機において、前記四方弁と圧縮機の間に熱交換後の油を含む冷媒の気液混合体を貯留するアキュムレータを配置し、このアキュムレータに設けたガス吸込み管を第１の絞り機構を介して前記圧縮機に連結し、このアキュムレータの底部に戻し調整管を設け、この戻し調整管に第２絞り機構を介して戻し管に連結し、この戻し管を前記ガス吸込み管における前記第１絞り機構と圧縮機の間に連結し、前記第２の絞り機構は、前記圧縮機の吐出温度により開閉制御されるようにしたので、圧縮機からのガスの吐出温度を監視し、一定温度以上になると第２の絞り機構を開放して冷媒量を上げ、循環する冷媒量を適正な値に保持し、圧縮機の過運転をなくして圧縮機の信頼性を向上し、また、冷媒不足により蒸発圧力が低下し、着霜し易くなるなどの問題を解消できる。

請求項２記載の発明によれば、第２絞り機構は、電磁弁と毛細管の並列回路を含み、前記電磁弁は、圧縮機の吐出温度により開閉制御されるようにしたので、電磁弁の開閉で確実に冷媒量を制御することができる。

請求項３記載の発明によれば、第２絞り機構は、複数の電磁弁と毛細管の並列回路を含み、前記複数の電磁弁は、圧縮機の吐出温度により開閉制御するようにしたので、小容量の安価な電磁弁を並列に使用して大容量の制御をおこなうことができる。

請求項４記載の発明によれば、圧縮機は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機とスクロール型の一定速の第２圧縮機とを並列に連結してなり、これら第１圧縮機と第２圧縮機に設けた温度センサの少なくともいずれか一方の吐出温度が設定値を超えたときに電磁弁の開閉を制御するようにしたので、第１圧縮機としてロータリー型を用い、第２圧縮機２１としてスクロール型を用いたような場合にも少なくともいずれか一方の圧縮機における吐出温度の上昇で電磁弁を開放して冷媒量を増やすことができる。

請求項５記載の発明によれば、圧縮機は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機とスクロール型の一定速の第２圧縮機とを並列に連結してなり、これら第１圧縮機と第２圧縮機における本体側面と出口側に設けた冷媒温度を検出する温度センサの少なくともいずれか一つの吐出温度が設定値を超えたときに電磁弁の開閉を制御するようにしたので、より細かな制御ができる。

本発明は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、減圧器と、室内熱交換器とを具備した空気調和機において、前記四方弁と圧縮機の間に熱交換後の油を含む冷媒の気液混合体を貯留するアキュムレータを配置し、このアキュムレータに設けたガス吸込み管を第１の絞り機構を介して前記圧縮機に連結し、このアキュムレータの底部に戻し調整管を設け、この戻し調整管に第２絞り機構を介して戻し管に連結し、この戻し管を前記ガス吸込み管における前記第１絞り機構と圧縮機の間に連結し、前記第２の絞り機構は、前記圧縮機の吐出温度により開閉制御されるように構成し、前記第２絞り機構は、安価で小容量の複数の電磁弁の並列に連結する。

圧縮機は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機とスクロール型の一定速の第２圧縮機とを並列に連結してなり、これら第１圧縮機と第２圧縮機における本体側面と出口側に設けた冷媒温度を検出する温度センサの少なくともいずれか一つの吐出温度が設定値を超えたときに電磁弁の開閉を制御するように構成してもよい。

本発明による空気調和機の実施例１を図１ないし図３に基づき説明する。
図１において、１８は、室外機で、冷房運転時に凝縮器として機能させ、暖房運転時に蒸発器として機能させる室外熱交換器２３と、圧縮機２１と、四方弁２２の他に、本発明特有のアキュムレータ２５を主たる構成要素とする。この室外機１８は、１台の例が図示されているが、複数台を並列接続したものであってもよい。
この室外機１８には、配管２０によって室内機１９が連結されている。
この室内機１９は、冷房運転時に蒸発器として機能させ、暖房運転時に凝縮器として機能させる室内熱交換器４７と減圧器２４とを直列に連結したそれぞれの室内機を複数台並列に連結して使用される。ＶＲＦ（ビル用マルチエアコン）システムでは、最大運転台数は、例えば、室内機の接続台数が１８台、配管長が１５０ｍとする。

前記圧縮機２１は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機２１ａと、スクロール型の一定速の第２圧縮機２１ｂとを並列に連結したものである。第１圧縮機２１ａには、入口側にこの第１圧縮機２１ａのためのアキュムレータ２７が連結され、出口側に油分離器３０ａが連結され、第２圧縮機２１ｂには、出口側に油分離器３０ｂが連結されている。前記油分離器３０ａと油分離器３０ｂは、それぞれ逆止弁３２を介して４方弁２２のポートＡに結合されているとともに、電子膨張弁２８と毛細管２９を有するバイパス管３８に結合されている。また、前記第１圧縮機２１ａと油分離器３０ａの循環路３１が電子膨張弁２８と毛細管２９を介して第２圧縮機２１ｂの入口側に結合され、前記油分離器３０ｂの循環路３１が毛細管２９を介してアキュムレータ２７に結合されている。４３ａ１と４３ａ２は、第１圧縮機２１ａの本体側面と出口側の冷媒温度を検出する温度センサである。同様に、４３ｂ１と４３ｂ２は、第２圧縮機２１ｂの本体側面と出口側の冷媒温度を検出する温度センサである。

前記４方弁２２のポートＢには、冷房運転時に凝縮器として機能させ、暖房運転時に蒸発器として機能させる室外熱交換器２３の入口側が結合されている。この室外熱交換器２３には、冷房運転時の放熱と暖房運転時の吸熱を促進させるためのファン３９が設けられている。また、この室外熱交換器２３の２個所に温度センサ４３が取り付けられている。

前記室外熱交換器２３の出口側には、互いに並列に結合された逆止弁３２と開閉弁４０と電子膨張弁２８と圧力弁４１を介してサブクール熱交換器４２に結合されている。このサブクール熱交換器４２では、流れる冷媒の一部を熱交換して後述するガス吐出管３３に戻される。このサブクール熱交換器４２には、３個所に温度センサ４３が取り付けられている。

前記アキュムレータ２５には、前記４方弁２２のポートＣに結合されたガス吐出管３３が貫通し、先端の吐出口４４を気液分離のためにアキュムレータ２５の内壁に向けて設け、また、アキュムレータ２５の内部に吸込み口４５を有するガス吸込み管３４を貫通して設け、このガス吸込み管３４の他端には、毛細管、電磁弁、電子膨張弁などからなる第１絞り機構４８を介在して分流器２６に連結されている。このアキュムレータ２５の底部には、上端を開口した戻し調整管３６を設け、この戻し調整管３６の他端部に、前記第１絞り機構４８と同等かそれよりも小さい流量抵抗となる第２絞り機構５４を介在して戻し管３５に連結する。この第２絞り機構５４は、２台の小容量の電磁弁３７ａ，３７ｂと毛細管２９を互いに並列に接続してなるものである。この電磁弁３７ａ，３７ｂは、小容量のものを２台使用しているが、大容量の１台よりも安価であることによる。しかし、大容量の１台でもよいし、小容量の３台以上であってもよい。

前記２台の電磁弁３７ａ，３７ｂは、図２に示すように、前記圧縮機２１ａ，２１ｂの吐出温度検知回路５３によって制御される。この吐出温度検知回路５３は、前記温度センサ４３ａ１，４３ａ２，４３ｂ１，４３ｂ２の各検出値と基準値とを比較する比較回路４９と、２個のオア回路５０、５１と、１個のアンド回路５２とで構成される。
戻し管３５を連結したガス吸込み管３４の他端部には、分流器２６で２つに分流して前記第１圧縮機２１ａと第２圧縮機２１ｂ側に連結される。

次に空気調和機の動作を説明する。
冷房運転時には、４方弁２２のポートＡとＢが連通し、ポートＣとＤが連通するように切り替える（図１の実線矢印状態）。すると、冷媒は、第１、第２圧縮機２１ａ，２１ｂにより高圧過熱蒸気となり室外熱交換器２３に送られ、この室外熱交換器２３で蒸気が凝縮して放熱され、高圧飽和液となって逆止弁３２、電子膨張弁２８、サブクール熱交換器４２等を介在し、さらに配管２０により室内機１９の減圧器２４に送られる。この減圧器２４で低温の湿り蒸気となって室内熱交換器４７に供給され、この室内熱交換器４７で湿り蒸気が蒸発し、吸熱（冷房効果）をして低圧の飽和蒸気となって４方弁２２とアキュムレータ２５を経て第１、第２圧縮機２１ａ，２１ｂに戻される。

暖房運転時には、４方弁２２のポートＡとＤが連通し、ポートＢとＣが連通するように切り替える（図１の点線矢印状態）。すると、冷媒は、第１、第２圧縮機２１ａ，２１ｂにより高圧過熱蒸気となり室内機１９の室内熱交換器４７に送られ、この室内熱交換器４７で高圧過熱蒸気が凝縮し放熱（暖房効果）され、高圧飽和液となって減圧器２４で減圧され、サブクール熱交換器４２と電子膨張弁２８等を介在し、室外機１８の室外熱交換器２３に送られる。この室外熱交換器２３で湿り蒸気が蒸発し、吸熱をして低圧の飽和蒸気となって４方弁２２とアキュムレータ２５を経て第１、第２圧縮機２１ａ，２１ｂに戻される。
なお、第１、第２圧縮機２１ａ，２１ｂの運転時において、第１圧縮機２１ａよりも第２圧縮機２１ｂの吐出する油の量が多いので、第１圧縮機２１ａ側から循環路３１を介して第２圧縮機２１ｂ側に油を供給し、油分離器３０ｂから第１圧縮機２１ａに油が循環している。

上記のうち暖房運転時において、冷媒回路中の冷媒量が多くなると、第１、第２圧縮機２１ａ，２１ｂの吐出温度が次第に高くなり、温度センサ４３ａ１，温度センサ４３ａ２，温度センサ４３ｂ１，温度センサ４３ｂ２の各検出値と基準値とを比較回路４９で比較する。

温度センサ４３ａ１と温度センサ４３ａ２の吐出温度がともに設定値を超えると、比較回路４９から出力が現れ、さらにオア回路５０を経てアンド回路５２に送られる。すると、アンド回路５２の出力により電磁弁３７ａ，電磁弁３７ｂが開放し、アキュムレータ２５に溜っていた冷媒を戻し調整管３６、戻し管３５を経てガス吸込み管３４に送り、さらに分流器２６から圧縮器２１ａ，圧縮器２１ｂに供給する。このため、蒸発温度（圧力）は、上昇し、室外熱交換器２３の着霜を緩和する。

温度センサ４３ｂ１と４３ｂ２の吐出温度がともに設定値を超えたときも、また、４つの温度センサ４３ａ１と４３ａ２と４３ｂ１と４３ｂ２の吐出温度がすべて設定値を超えたときも同様である。
前記第２絞り機構５４は、２台の電磁弁３７ａと３７ｂを並列接続して配置したので、冷媒量の急激な変化の過渡期の制御が円滑に行われる。

冷房運転時には、アキュムレータ２５にガス吐出管３３から到達する吸込み冷媒が飽和蒸気となっているので、特に第２絞り装置５４は必要がない。

前記実施例１において、第２絞り装置５４は、２台の電磁弁３７ａと３７ｂを並列接続したが、図３に示すように、１台のみの電磁弁３７とし、他の１台は開閉弁４０とすることもできる。そして、吐出温度検知回路５３により電磁弁３７のみを開閉制御する。

前記実施例１では、冷房運転と暖房運転の両機能を４方弁２２で切り替えて使用する空気調和機の例について説明した。
しかし、これに限られるものではなく、暖房運転だけの空気調和機であってもよい。

本発明による空気調和機の一実施例を示す冷媒回路図である。 本発明による空気調和機に設けたアキュムレータ２５に接続した第２絞り装置５４の説明図である。 本発明による空気調和機に設けたアキュムレータ２５に接続した第２絞り装置５４の他の実施例を示す説明図である。 従来の空気調和機の説明図である。

符号の説明

１０…第１の返油装置、１１…第２の返油装置、１２…電磁弁、１７…冷媒液、１８…室外機、１９…室内機、２０…配管、２１…圧縮機、２１ａ…第１圧縮機、２１ｂ…第２圧縮機、２２…４方弁、２３…室外熱交換器、２４…減圧器、２５…アキュムレータ、２６…分流器、２７…アキュムレータ、２８…電子膨張弁、２９…毛細管、３０ａ…油分離器、３０ｂ…油分離器、３１…循環路、３２…逆止弁、３３…ガス吐出管、３４…ガス吸込み管、３５…戻し管、３６…戻し調整管、３７…電磁弁、３７ａ…電磁弁、３７ｂ…電磁弁、３８…バイパス管、３９…ファン、４０…開閉弁、４１…圧力弁、４２…サブクール熱交換器、４３（４３ａ１，４３ａ２，４３ｂ１，４３ｂ２）…温度センサ、４４…吐出口、４５…吸込み口、４６…液面、４７…室内熱交換器、４８…第１絞り機構、４９…比較回路、５０…オア回路、５１…オア回路、５２…アンド回路、５３…吐出温度検知回路、５４…第２絞り機構。

Claims (5)

1. 圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、減圧器と、室内熱交換器とを具備した空気調和機において、前記四方弁と圧縮機の間に熱交換後の油を含む冷媒の気液混合体を貯留するアキュムレータを配置し、このアキュムレータに設けたガス吸込み管を第１の絞り機構を介して前記圧縮機に連結し、このアキュムレータの底部に戻し調整管を設け、この戻し調整管に第２絞り機構を介して戻し管に連結し、この戻し管を前記ガス吸込み管における前記第１絞り機構と圧縮機の間に連結し、前記第２の絞り機構は、前記圧縮機の吐出温度により開閉制御されるようにしたことを特徴とする空気調和機。
2. 第２絞り機構は、電磁弁と毛細管の並列回路を含み、前記電磁弁は、圧縮機の吐出温度により開閉制御されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 第２絞り機構は、複数の電磁弁と毛細管の並列回路を含み、前記複数の電磁弁は、圧縮機の吐出温度により開閉制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
4. 圧縮機は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機とスクロール型の一定速の第２圧縮機とを並列に連結してなり、これら第１圧縮機と第２圧縮機に設けた温度センサの少なくともいずれか一方の吐出温度が設定値を超えたときに電磁弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
5. 圧縮機は、ロータリー型の可変速の第１圧縮機とスクロール型の一定速の第２圧縮機とを並列に連結してなり、これら第１圧縮機と第２圧縮機における本体側面と出口側に設けた冷媒温度を検出する温度センサの少なくともいずれか一つの吐出温度が設定値を超えたときに電磁弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。

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