(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機，四方弁，熱源側熱交換器，室外機側膨張装置，冷媒量調節器，室内機側膨張装置，利用側(室内機側)熱交換器を配管により順次接続し、単一冷媒および沸点の異なる２成分以上の物質を混合した非共沸冷媒を作動流体とする冷凍サイクルを有する空気調和機において、
前記冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有するように前記熱源側熱交換器と前記利用側熱交換器との間に配置され前記作動流体である冷媒のガス混合手段または液混合手段を備え二層流状態で流動させる冷媒量調節器と、
前記室外機側膨張装置と並列に配置され任意の絞り量に設定可能な可変絞り機構を有する膨張装置と、
前記室内機側膨張装置と前記冷媒量調節器との間に配置され冷房運転時のみ前記作動流体が通過できる逆止弁を有するバイパスとを備えた
ことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮冷凍サイクルを利用する空気調和機に係り、特に、単一冷媒および沸点の異なる２成分以上の物質を混合した非共沸冷媒を作動流体とし、配管長分の冷媒を予め室外機に封入する空気調和機において、非定常的に変化する室内負荷や様々な設置状況に応じた配管長に対応した冷媒量の調整を容易にし、省エネルギー性と信頼性とを両立させる手段に関する。
【従来の技術】
【０００２】
蒸気圧縮冷凍サイクルを利用する空気調和機においては、作動流体である冷媒は、冷房運転時での適正冷媒量と暖房運転時での適正冷媒量が、大きく異なる。
【０００３】
また、非定常的に変化する室内および室外負荷，室内空調機の設定風量の変更，室内空調機のフィルタ目詰まり、空調機熱交換器フィンの表面の汚れなどの外乱に対し、循環する冷媒状態が変化し、適正な冷媒量は、その都度異なる。
【０００４】
さらに、室外機および室内機の設置状況に応じて、室外機と室内機とを接続する液接続配管およびガス接続配管の配管長が異なる。
【０００５】
配管長が短い場合は、適正冷媒量に対して過剰な冷媒を保有することになり、冷凍サイクル内の圧力が上昇するため、圧縮機は高負荷運転の傾向にあり、信頼性と省エネルギー性の点で問題が生じる。
【０００６】
そこで、配管分の冷媒量を予め室外機に封入する空気調和機において、余剰冷媒を貯留可能な冷媒量調節器を設けることが、例えば特開平１０―１０３７９７号公報に記載されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術においては、暖房時には、余剰冷媒を貯留可能な冷媒量調節器の冷媒量を、膨張装置の絞り量調整と逆止弁を有するバイパスの開閉とにより調整するのに対して、冷房時には、膨張装置の絞り量のみで調整しており、非定常的に変化する室内および室外負荷に対しては、最適な冷媒量の調整しているとはいえない。
【０００８】
さらに、容量制御機能を備えた圧縮機を有する冷凍サイクルにおいては、省エネルギー性を高くするために、室内負荷に応じてより低い周波数で運転することが望ましい。その意味では、定速圧縮機と比べてより広い運転範囲に対応できる冷媒量調整機構が必要となる。
【０００９】
本発明の目的は、単一冷媒および非共沸冷媒を作動流体とし、配管分の冷媒量を予め室外機に封入する空気調和機において、非定常的に変化する室内負荷や様々な設置状況に応じた配管長に対応した冷媒量の調整を容易にし、省エネルギー性と信頼性とを両立させる手段を備えた空気調和機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、圧縮機，四方弁，熱源側熱交換器，室外機側膨張装置，冷媒量調節器，室内機側膨張装置，利用側(室内機側)熱交換器を配管により順次接続し、単一冷媒および沸点の異なる２成分以上の物質を混合した非共沸冷媒を作動流体とする冷凍サイクルを有する空気調和機において、冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有するように熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間に配置され作動流体である冷媒のガス混合手段または液混合手段を備え二層流状態で流動させる冷媒量調節器と、室外機側膨張装置と並列に配置され任意の絞り量に設定可能な可変絞り機構を有する膨張装置と、室内機側膨張装置と冷媒量調節器との間に配置され冷房運転時のみ作動流体が通過できる逆止弁を有するバイパスとを備えた空気調和機を提案する。
【００１１】
前記室外機には、室内機を複数接続することができる。
【００１２】
前記室外機には、氷蓄熱源を利用する蓄熱槽を接続してもよい。
【００１３】
本発明において、作動流体である冷媒のガス混合手段または液混合手段を備え二層流状態で流動させる冷媒量調節器とは、冷媒量調節器に流入し気層と液層に分離した冷媒の液層から、液層および気層冷媒を直接下流に導出するとともに、合流させて混合導出することを意味する。
【００１４】
具体的には、冷媒量調節器に導出管を設け、導出管の下端を液層部分に配置し、導出管の側面に設けた小孔を導出管上方の気層部分に配置する手段により達成できる。
【００１５】
特に、暖房時において、室外機側膨張装置と導出管の側面に設けた小孔の径を選定すると、冷媒量調節器により導出される冷媒のかわき度を容易に目標値にすることができるので、室外機と室内機とを接続する液接続配管内の冷媒量を削減し、封入冷媒量が少なく地球環境に配慮した空気調和機を実現できる。
【００１６】
また、任意の絞り量に設定可能な可変絞り機構を有する膨張装置を設けることで、特に、冷房時には、膨張装置による絞り量を任意に設定すると、冷媒量調節器により導出される冷媒のかわき度を容易に最適値にできるので、冷房時においても、室外機と室内機とを接続する液接続配管内の冷媒量を削減し、封入冷媒量が少なく地球環境に配慮した空気調和機を実現できる。
【００１７】
さらに、室内および室外負荷の非定常的な変化による冷凍サイクル内の圧力変動に対しては、冷房時および暖房時それぞれにおいて、作動流体である冷媒が通過できる逆止弁を有するバイパスと組み合わせたので、冷凍サイクル内の余剰冷媒を冷媒量調節器内に迅速に貯留できる。
【００１８】
そのため、冷凍サイクル内圧力の上昇を抑制し、圧縮機の高負荷運転を避け、消費電力を低減し、省エネルギー性の高い空気調和機を実現できる。
【００１９】
冷凍サイクル内圧力の上昇を抑制することは、冷凍サイクル内の構成部品の長寿命化につながり、信頼性の高い空気調和機を実現できる。
【００２０】
任意の絞り量に設定可能とは、絞りまたは開度を冷媒流量を調整するために設定できることを意味する。
【００２１】
具体的には、パルスモータやギヤ駆動部などの機構が用いられた電動膨張弁のような手段によって達成できる。
【００２２】
室外機側の固定膨張装置は、絞り量が予め設定されている膨張装置を意味し、具体的には内径および長さで絞り量が定められたキャピラリチューブまたはオリフィスのような簡易で単純な構造のものを用いる。
【００２３】
逆止弁を有するバイパスとは、作動流体である冷媒が流れ方向に対して逆流することを防ぐ構造を有し、電磁コイルなどによりバイパスを自在に開閉できる電動バイパス弁のような手段である。
【発明の実施の形態】
【００２４】
次に、図１ないし図３を参照して、本発明による空気調和機の実施形態を詳細に説明する。
【実施形態１】
【００２５】
図１は、本発明による空気調和機の実施形態１における冷凍サイクルの系統構成を示すブロック図である。
【００２６】
室外機１３は、圧縮機１と、四方弁２と、熱源側熱交換器３と、室外膨張装置４と、冷媒量調節器５と、冷房用逆止弁６と、暖房用逆止弁７と、冷房用電動バイパス弁８と、室外送風機１５と、任意の絞り量設定可能な電動膨張弁２０とからなる。
【００２７】
室内機１４は、電動膨張弁１０と、利用側(室内機側)熱交換器１１と、室内送風機１６とからなり、液接続配管９およびガス接続配管１２により、室外機１３に連結されている。冷媒量調節器５の４本の冷媒導入出管のうちで暖房液冷媒導出管には、暖房ガス戻し孔１８が、それぞれ設けられている。
【００２８】
空気調和は、圧縮機１と室外機送風機１５と室内送風機１６との運転により、空気と熱交換してなされる。
【００２９】
本実施形態１においては、電動膨張弁１０を室内機１４に配置してあるので、圧縮機１の容量が可変であるか固定速であるかの違いや、室内機１４が単独か複数台かの違いにかかわらず、室内機１４の構成を変えることなく、各々の製品群に対し共通な室内機として使用できる。
【００３０】
冷凍サイクルの作動流体としては、オゾン層を破壊しないハイドロフルオロカーボン(ＨＦＣ)から構成される非共沸冷媒が望ましい。例えば、ジフルオロメタン、ペンタフルオロエタン、１,１,１，２―テトラフルオロエタンの三種類で構成されるＲ４０７番台の冷媒で、例えば、各々が２３：２５：５２重量％で構成されているＲ４０７Ｃが挙げられる。
【００３１】
本実施形態１の空気調和機の動作を説明する。冷房運転の場合、冷媒は、図１において実線で示した矢印の方向に流れる。圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、四方弁２を通過し、複数の冷媒通路で構成する熱源側機熱交換器３で凝縮する。  その後、通路を合流した冷媒は、室外機側膨張装置としてのオリフィス４に入る。オリフィス４は、過冷却された液冷媒の第一段目の膨張装置であるので、絞られた冷媒は、気液二相状態になる。
【００３２】
気液二相状態となった冷媒は、冷媒量調節器５に入り、気層と液層に分離される。冷媒量調節器５の導出管の下端では、液層から液冷媒を導出する。
【００３３】
さらに、冷凍サイクル内の圧力上昇を図示しない圧力検出手段などにより検出し、冷房用バイパスを開閉すると、冷凍サイクル内の余剰冷媒を冷媒量調節器５に迅速に貯留できる。
【００３４】
冷媒量調節器５から導出した液冷媒は、室外機１３と室内機１４とを接続する液接続配管９において、配管長に応じた圧力損失により気液二層流となり、電動膨張弁１０に入る。
【００３５】
電動膨張弁１０は、任意の絞り量設定可能な第二段目の膨張装置であり、冷媒量調節器５出口でのかわき度が最適となるように、任意の絞り量に設定する。
【００３６】
電動膨張弁１０で減圧された冷媒は、蒸発器となる利用側熱交換器１１に送られて蒸発し、室内空気を冷却する。蒸発した冷媒は、ガス接続配管１２を通過して、圧縮機１の吸入側に戻る。
【００３７】
次に、暖房運転の場合を説明する。暖房運転では、四方弁２の切り替えにより、冷媒は、図１において点線で示した矢印の向きに流れる。圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２，ガス接続配管１２を通過し、利用側熱交換器１１で放熱して凝縮し、室内空気を暖める。
【００３８】
凝縮液は、電動膨張弁１０で絞られて膨張し、液接続配管９内を気液二相で搬送され、室外機１３に送られる。液接続配管９の圧力損失により、更に大きなかわき度になった冷媒は、冷房時と同様の働きをする冷媒量調節器５で気液分離され、二相状態で導出される。この後、オリフィス４を通り、熱源側熱交換器３に送られる。
【００３９】
冷媒量調節器５の導出管の暖房ガス戻し孔１８の径は、冷媒量調節器５の後流側の膨張装置を不要にできるかわき度になるようなガス戻し量となる径に設定されている。
【００４０】
このとき、冷房時と同様に、冷凍サイクル内の圧力変動に応じて、電動膨張弁２０の絞り量を調節すると、冷媒量調節器５の出口かわき度をより細かく設定できるため、暖房時においても、冷房時と同様に、運転範囲を拡大し冷凍サイクル内の圧力を適正化し、省エネルギー性と信頼性とを両立させることが可能である。
【００４１】
蒸発器となる熱源側熱交換器３に入った二相の冷媒は、蒸発してかわき度の大きな状態になり、四方弁２を通過して圧縮機１に戻る。
【００４２】
なお、冷房および暖房いずれの場合も、電動膨張弁１０は、圧縮機１の吸入側の過熱度が少し付くように制御すると、湿り圧縮により圧縮機１の効率が悪い状態で運転することがなく、空気調和機の効率がより良い状態で運転できる。
【００４３】
また、本実施形態１は、冷凍サイクルにおいて、凝縮器から流出した液冷媒を圧縮機中間圧部に注入し、主に暖房能力向上と運転範囲拡大とを目的に用いられる液インジェクションサイクルにおいても有効である。
【参考例１】
【００４４】
図２は、本発明による空気調和機の参考例１における冷凍サイクルの系統構成を示すブロック図である。
【００４５】
本参考例１においては、室外機１３に室内機１４を複数接続してある。
【００４６】
膨張装置を電動膨張弁１０として電動式の可変絞りとしたため、接続された室内機１４の空気条件が大きく変化した場合や、圧縮機１をインバータ制御などの容量制御機能を有する場合でも、室内機１４それぞれの電動膨張弁１０により冷媒の循環量に適応した絞り量を設定し、最適な冷凍サイクルを形成でき、省エネルギー性と信頼性とを両立させることが可能である。
【００４７】
このように、電動膨張弁１０を室内機に設置したので、冷媒圧縮装置が固定速であるか容量可変機能を有するかの違いや、室内機の接続台数にかかわらず、同一の構成の室内機を実現し、製品群に依存せず共用化した室内機にできるので、製品在庫を圧縮可能である。
【参考例２】
【００４８】
図３は、本発明による空気調和機の参考例２における冷凍サイクルの系統構成を示すブロック図である。
【００４９】
本参考例２においては、室内機９と室外機１３との間に蓄熱槽１９を設置してある。蓄熱槽１９の部分は、室内機９側のユニットとしても、室外機１３側のユニットとしても、室内外両方にも、配置できる。
【００５０】
本参考例２のように、室内機９と室外機１３との間に蓄熱槽１９を設置すると、夜間の安価な電力により貯えられた氷などの熱源と組み合わせ、更に省エネルギー化するとともに、一日の電力使用量の平準化に貢献できる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、単一冷媒および非共沸冷媒を作動流体とし、配管分の冷媒量を予め室外機に封入する空気調和機において、非定常的に変化する室内負荷や様々な設置状況に応じた配管長に対応した冷媒量の調整を容易にし、省エネルギー性と信頼性とを両立させた空気調和機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】  本発明による空気調和機の実施形態１における冷凍サイクルの系統構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明による空気調和機の参考例１における冷凍サイクルの系統構成を示すブロック図である。
【図３】  本発明による空気調和機の参考例２における冷凍サイクルの系統構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  圧縮機
２  四方弁
３  熱源側熱交換器
４  室外機側膨張装置
５  冷媒量調節器
６  冷房用逆止弁
７  暖房用逆止弁
８  冷房用バイパス
９  液接続配管
１０  電動膨張弁
１１  利用側(室内機側)熱交換器
１２  ガス接続配管
１３  室外機
１４  室内機
１５  室外送風機
１６  室内送風機
１８  暖房ガス戻し孔
１９  蓄熱槽
２０  電動膨張弁
【図１】
0003728592.tif 000002
【図２】
0003728592.tif 000003
【図３】
0003728592.tif 000004