(57)【要約】【課題】部分負荷時においても除湿能力を維持しながら、運転効率が高く、省エネ性に優れた空気調和装置を提供する。【解決手段】  凝縮器２と第１膨張弁３１との間において分岐し、前記凝縮器２を通過した冷媒の一部を気体状態で前記圧縮機１のインジェクションポートへと流入させるインジェクション回路５と、前記第１膨張弁３１から前記室内熱交換器ＨＥ２を通って圧縮機１の吸入ポートへと接続されており、当該室内熱交換器ＨＥ２において第１蒸発部４１が形成される第１蒸発流路Ｌ１と、前記凝縮器２と前記第１膨張弁３１との間における前記インジェクション回路５の分岐点と、前記第１膨張弁３１との間から分岐し、前記室内熱交換器ＨＥ２を通った後に前記第１蒸発流路Ｌ１に合流する第２蒸発流路Ｌ２とを備え、前記第２蒸発流路Ｌ２に、前記室内熱交換器ＨＥ２よりも上流に設けられた第２膨張弁３２と、当該室内熱交換器ＨＥ２において形成される第２蒸発部４２とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室外熱交換器により構成される凝縮器、第１膨張弁、室内熱交換器により構成される蒸発器が環状に接続された空気調和装置であって、
前記凝縮器と前記第１膨張弁との間において分岐し、前記凝縮器を通過した冷媒の一部を気体状態で前記圧縮機のインジェクションポートへと流入させるインジェクション回路と、
前記第１膨張弁から前記室内熱交換器を通って前記圧縮機の吸入ポートへと接続されており、当該室内熱交換器において第１蒸発部が形成される第１蒸発流路と、
前記凝縮器と前記第１膨張弁との間における前記インジェクション回路の分岐点と、前記第１膨張弁との間から分岐し、前記室内熱交換器を通った後に前記第１蒸発流路に合流する第２蒸発流路とを備え、
前記第２蒸発流路が、前記室内熱交換器よりも上流に設けられた第２膨張弁と、当該室内熱交換器において形成される第２蒸発部とを備えていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記第２蒸発流路が、前記し夏熱交換器よりも下流に設けられた第３膨張弁を備えている請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
部分負荷運転時において前記第２蒸発部における蒸発温度が前記第１蒸発部における蒸発温度よりも高く設定されている請求項１又は２記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記第２蒸発部における蒸発温度が予め定められた基準相対湿度に対応する基準露点温度よりも高い温度となった場合に、前記第１蒸発部における蒸発温度が基準露点温度よりも低くなるように少なくとも前記第１膨張弁又は前記第２膨張弁の開度が変更される請求項１乃至３いずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記インジェクション回路が、第４膨張弁と、前記凝縮器を通過した冷媒を気体と液体に分離する気液分離器を備え、当該気液分離器で分離された気体の冷媒が前記インジェクションポートへと流入し、液体の冷媒が前記第１蒸発流路及び前記第２蒸発流路へと流入するように構成されている請求項１乃至４いずれかに記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記インジェクション回路が、第４膨張弁と、前記第４膨張弁を通過した冷媒と、前記凝縮器から前記蒸発器へと流れる冷媒との間で熱交換を行う中間熱交換器とを備えたものである請求項１乃至４いずれかに記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部分負荷時における温湿度制御に関する機構を備えた空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置を部分負荷状態で特別な制御を行わずに運転していると、定格負荷で運転している状態と比べて運転効率が悪くなってしまう。
【０００３】
従来、部分負荷時においても運転効率を落とさないようにするために、蒸発器における蒸発温度を上昇させて定格負荷で運転している状態と略同じ運転効率を達成することが行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、単純に蒸発器の蒸発温度を上昇させてしまうと、冷房時において蒸発器を構成する室内熱交換器の表面温度が室内の露点温度よりも高い温度となってしまうため、室内熱交換器の表面に結露が生じなくなってしまう。
【０００５】
このため、空気調和装置によって室内の除湿ができず、湿度を制御することができなくなってしまうため、快適性が損なわれることがある。
【０００６】
言い換えると、部分負荷時に単純に蒸発温度を変更するだけでは運転効率は保つことができる一方、除湿性能は低下することになり、従来の空気調和装置においては部分負荷時における運転効率と快適性を両立させることが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９１５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、部分負荷時においても除湿能力を維持しながら、運転効率が高く、省エネ性に優れた空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明の空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器により構成される凝縮器、第１膨張弁、室内熱交換器により構成される蒸発器が環状に接続された空気調和装置であって、前記凝縮器と前記第１膨張弁との間において分岐し、前記凝縮器を通過した冷媒の一部を気体状態で前記圧縮機のインジェクションポートへと流入させるインジェクション回路と、前記第１膨張弁から前記室内熱交換器を通って前記圧縮機の吸入ポートへと接続されており、当該室内熱交換器において第１蒸発部が形成される第１蒸発流路と、前記凝縮器と前記第１膨張弁との間における前記インジェクション回路の分岐点と、前記第１膨張弁との間から分岐し、前記室内熱交換器を通った後に前記第１蒸発流路に合流する第２蒸発流路とを備え、前記第２蒸発流路が、前記室内熱交換器よりも上流に設けられた第２膨張弁と、当該室内熱交換器において形成される第２蒸発部とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、前記第１蒸発流路に対して並列に設けられた前記第２蒸発流路を備えているので、前記第１蒸発部と前記第２蒸発部の蒸発温度をそれぞれ別々に任意の温度に設定することができる。
【００１１】
したがって、例えば前記第１蒸発部の蒸発温度は、室内の露点温度に近い温度となるようにして除湿性能を確保しつつ、部分負荷時においては前記第２蒸発部の蒸発温度を前記第１蒸発部よりも高くして部分負荷に応じた能力で運転して、運転効率を高めることが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明は前記第１蒸発流路及び前記第２蒸発流路の上流にインジェクション回路が設けられているので、各蒸発流路に流入する冷媒は、中間圧力の液冷媒の割合が高い液リッチな状態とすることができる。したがって、冷媒を前記第１蒸発流路と前記第２蒸発流路のそれぞれに分岐させやすくなるため、前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部における蒸発温度をそれぞれ任意の温度に制御しやすくなる。
【００１３】
また、前記インジェクション回路を用いることにより部分負荷時においてもサイクル効率を低下させずに室温制御することができる。
【００１４】
前記第２蒸発流路の前記第２蒸発部の蒸発温度を制御しやすくし、部分負荷時における運転効率を高く保ちやすくするには、前記第２蒸発流路が、前記し夏熱交換器よりも下流に設けられた第３膨張弁を備えていればよい。
【００１５】
部分負荷時において除湿性能を保ちつつ、運転効率の高い状態を保つには部分負荷運転時において前記第２蒸発部における蒸発温度が前記第１蒸発部における蒸発温度よりも高く設定されていればよい。このようなものであれば、第１蒸発部においては除湿が可能であり、第２蒸発部では部分負荷に応じて冷房能力を落として運転効率を定格運転時に近づけることができる。
【００１６】
部分負荷時において快適性と運転効率を両立した状態を継続するための制御態様としては、前記第２蒸発部における蒸発温度が予め定められた基準相対湿度に対応する基準露点温度よりも高い温度となった場合に、前記第１蒸発部における蒸発温度が基準露点温度よりも低くなるように少なくとも前記第１膨張弁又は前記第２膨張弁の開度が変更されるものであればよい。
【００１７】
前記第１蒸発流路及び前記第２蒸発流路に液リッチな冷媒を供給して、各蒸発部における蒸発温度を所望の温度に設定しやすくするためのインジェクション回路としては、前記インジェクション回路が、第４膨張弁と、前記凝縮器を通過した冷媒を気体と液体に分離する気液分離器を備え、当該気液分離器で分離された気体の冷媒が前記インジェクションポートへと流入し、液体の冷媒が前記第１蒸発流路及び前記第２蒸発流路へと流入するように構成されているものが挙げられる。
【００１８】
前記インジェクション回路の別の実施態様としては、前記インジェクション回路が、第４膨張弁と、前記第４膨張弁を通過した冷媒と、前記凝縮器から前記蒸発器へと流れる冷媒との間で熱交換を行う中間熱交換器とを備えたものが挙げられる。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明の空気調和装置によれば、蒸発器の一部においては蒸発温度を低く設定して除湿能力を確保しつつ、他の部分では蒸発温度を高く設定して部分負荷に応じた能力として運転効率を定格運転時と略同じものに近づけることができる。したがって、部分負荷時においても快適性と運転効率を両立した空気調和装置とすることができる。また、インジェクション回路を用いることにより、運転効率の向上だけでなく、液リッチな冷媒を供給することができるので、各蒸発流路に対して好適に冷媒を分岐させることができ、各蒸発部における蒸発温度を任意に設定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の模式的回路図。
【図２】第１実施形態における空気調和装置のｐ−Ｈ線図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の模式的回路図。
【図４】第２実施形態における空気調和装置のｐ−Ｈ線図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示すように第１実施形態の空気調和装置１００は、圧縮機１、室外熱交換器ＨＥ１により構成される凝縮器２、第１膨張弁３１、室内熱交換器ＨＥ２により構成される蒸発器４が環状に接続された主冷媒回路を備えたものである。
【００２３】
さらに第１実施形態の空気調和装置１００は、主冷媒回路における高圧側から前記圧縮機１へ中圧の冷媒を供給するインジェクション回路５と、蒸発器４側において主冷媒回路と並列に形成した第２蒸発流路Ｌ２とをさらに付加して構成してある。
【００２４】
すなわち、この空気調和装置１００の蒸発器４側は、前記第１膨張弁３１から前記室内熱交換器ＨＥ２を通って前記圧縮機１の吸入ポートへと接続されており、当該室内熱交換器ＨＥ２において第１蒸発部４１が形成される第１蒸発流路Ｌ１と、前記凝縮器２と前記第１膨張弁３１との間における前記インジェクション回路５の分岐点と、前記第１膨張弁３１との間から分岐し、前記室内熱交換器ＨＥ２を通った後に前記第１蒸発流路Ｌ１に合流する第２蒸発流路Ｌ２とを備えている。このように第１実施形態の蒸発器４は、１つの室内熱交換器ＨＥ２内に２つの蒸発流路が流入するようにしてあるので、部分によって蒸発温度を異ならせることができる。そして、前記圧縮機１や各膨張弁は図示しない制御機構によりその動作が制御されるようにしてある。
【００２５】
各部について説明する。
【００２６】
前記圧縮機１は、低圧冷媒が吸入される吸入ポートと、高圧まで圧縮された冷媒が吐出される吐出ポートと、前記インジェクション回路５から中間圧力の気体冷媒が吸入されるインジェクションポートとを備えた、多段圧縮機である。より具体的にはこの圧縮機１は、吸入ポートから吸入された冷媒をまず低段圧縮部において圧縮し、低段圧縮部において圧縮された中間圧力の冷媒と、前記インジェクション回路５からインジェクションポートを介して導入される中間圧力の気体冷媒とを混合して圧縮し、吐出ポートから吐出する高段圧縮部とを備えたものである。
【００２７】
前記凝縮器２は、単一の冷媒配管により形成される凝縮コイルが放熱フィン内を蛇行するように形成された室内熱交換器ＨＥ２により構成してある。
【００２８】
前記インジェクション回路５は、前記凝縮器２と前記第１膨張弁３１との間において分岐し、前記凝縮器２を通過した冷媒の一部を気体状態で前記圧縮機１のインジェクションポートへと流入させるものである。
【００２９】
より具体的には、前記インジェクション回路５は前記凝縮器２と前記第１膨張弁３１との間に設けた前記凝縮器２を通過した冷媒を気体と液体に分離する気液分離器５１を備えたものであり、当該気液分離器５１で分離された気体の冷媒が前記インジェクションポートへと流入し、液体の冷媒が前記第１蒸発流路Ｌ１及び前記第２蒸発流路Ｌ２へと流入するように構成してある。
【００３０】
前記蒸発器４は、第１蒸発流路Ｌ１と第２蒸発流路Ｌ２のそれぞれの冷媒配管により形成される２つの蒸発コイルが並列に放熱フィン内を蛇行するように形成した室内熱交換器ＨＥ２により構成してある。
【００３１】
前記第１蒸発流路Ｌ１は、上流側から順番に前記第１膨張弁３１と、前記室内熱交換器ＨＥ２内の蒸発コイルにより室内空気との間で熱交換が行われる第１蒸発部４１とを備えたものである。この第１蒸発部４１の蒸発温度は、定格負荷運転時においても部分負荷運転時においても比較的低温の蒸発温度となるように制御される。つまり、この第１蒸発部４１においてはどのような運転状態であっても室内空気からの結露が発生しやすい状態に保つように前記第１膨張弁３１の開度を前記制御機構が制御するように構成してある。
【００３２】
前記第２蒸発流路Ｌ２は、上流から順番に第２膨張弁３２と、前記室内熱交換器ＨＥ２の蒸発コイルにより室内空気との間で熱交換が行われる第２蒸発部４２と、前記第３膨張弁３３とを備えたものである。この第２蒸発部４２の蒸発温度は、部分負荷運転時には前記第１蒸発部４１の蒸発温度よりも高い蒸発温度に保たれるように前記第２膨張弁３２及び前記第３膨張弁３３の開度が制御機構により制御される。
【００３３】
前記制御機構は、前記第２蒸発部４２における蒸発温度が予め定められた基準相対湿度に対応する基準露点温度よりも高い温度となった場合に、前記第１蒸発部４１における蒸発温度が基準露点温度よりも低くなるように各膨張弁の開度が変更する。
【００３４】
より具体的には、室内温度が１８〜２７℃、かつ相対湿度が４０〜６５％となるような温度湿度領域が快適空間として認知されている。こうした温度湿度領域において冷房運転を行うと、部分負荷運転が状態化することになる。このような温度湿度領域において前記制御機構は、前記第２蒸発部４２の蒸発温度を通常運転よりも高くなるように前記第２膨張弁３２、前記第３膨張弁３３の開度を制御する。なお、部分負荷が非常に小さい場合等には、前記制御機構は、第１蒸発部４１の蒸発温度（蒸発圧力）を通常の定格運転時よりも高く設定することもある。この場合でも前記第１蒸発部４１の蒸発温度は前記第２蒸発部４２の蒸発温度よりも低い温度に設定してあり、室内空気から結露が生じるようにして、除湿機能が完全になくなってしまうのを防ぐように制御する。
【００３５】
より具体的には、前記制御機構は、前記第２蒸発部４２の蒸発温度が基準相対湿度である６０％に対応した露点温度となった場合には、前記第１蒸発部４１の蒸発温度が基準相対湿度である６０％に対応した露点温度よりも低い温度となるように各膨張弁の開度を制御する。すなわち、前記第１蒸発部４１における蒸発温度は、放熱フィンの表面温度と略みなすことができるので、少なくとも前記第１蒸発部４１においては室内空気から結露が生じるようにすることができるとともに、第２蒸発部４２については部分負荷の状態に応じて蒸発温度を高くすることで運転効率を定格運転時と略同等に維持することができる。
【００３６】
次にこのように構成された第１実施形態の空気調和装置１００の動作について図２のｐ−Ｈ線図を参照しながら説明する。なお、図１の各点に付したアルファベットは、図２の各点に付したアルファベットにそれぞれ対応するものである。すなわち、Ａ、Ｇ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｉ、Ａで示されるサイクルが通常の冷凍サイクルを示し、Ｄ、Ｆ、Ｈがインジェクション回路５による冷媒の状態変化を示し、Ｅ、Ｉ’、Ａ’が第２蒸発流路Ｌ２による冷媒の状態変化を示すものである。
【００３７】
前記圧縮機１の低段圧縮部は、図２においてＡで示される前記第１蒸発流路Ｌ１から流入する低圧冷媒と、図２においてＡ‘で示される中低圧冷媒とを吸入ポートから吸入してＧ点まで圧縮する。
【００３８】
前記圧縮機１の高段圧縮部は、前記低段圧縮部においてＧ点まで圧縮された中圧冷媒と、前記インジェクション回路５から供給される中圧冷媒をインジェクションポートから吸入し、Ｂで示される高圧の状態まで圧縮する。
【００３９】
前記凝縮器２によりＢ点からＣ点の状態に変化した冷媒について、前記インジェクション回路５を構成する前記気液分離器５１は気液分離する。従って、インジェクション回路５により生成される気体冷媒についてはＤ、Ｆ、Ｈのルートで状態変化する。一方、前記第１蒸発流路Ｌ１及び前記第２蒸発流路Ｌ２に流入する直前の前記インジェクション回路５により生成された液冷媒はＥ点で示されるように略液体の状態で占められた液リッチの状態となっている。
【００４０】
従って、前記第１蒸発流路Ｌ１及び前記第２蒸発流路Ｌ２のそれぞれに対して所望の流量で冷媒を分岐させやすい。つまり、前記第１蒸発部４１及び前記第２蒸発部４２のそれぞれの蒸発温度（蒸発圧力）を任意の値に設定しやすい。
【００４１】
前記第１蒸発流路Ｌ１を通過する冷媒はＥ、Ｉ、Ａの状態変化をすることになりその蒸発温度（蒸発圧力）は室内の露点温度よりも低い温度に維持される。従って、第１蒸発流路Ｌ１により形成される蒸発コイルにおいては定格運転時又は部分負荷運転時のいずれであっても除湿性能を確保することができる。
【００４２】
一方、前記第２蒸発流路Ｌ２を通過する冷媒はＥ、Ｉ’、Ａ’の状態変化をすることになり、その蒸発温度（蒸発温度）は部分負荷時には前記第１蒸発流路Ｌ１における蒸発温度よりも所定温度だけ高い温度に設定される。従って、第２蒸発流路Ｌ２により形成される蒸発コイルにおいては、部分負荷運転時には蒸発温度が高くなるため除湿能力は無くなる可能性はあるものの、定格運転時と部分負荷運転時における運転効率を略同じものにすることができる。
【００４３】
このように本発明の空気調和装置１００であれば、前記蒸発器４全体で考えた場合には、部分負荷運転時においても除湿能力を確保し、快適性を保つことができるとともに省エネも両立することができる。
【００４４】
言い換えると、前記インジェクション回路５を有しているとともに、蒸発器４が前記第１蒸発流路Ｌ１と前記第２蒸発流路Ｌ２の２つに分割されて構成されているので、蒸発器４全体について蒸発温度を一律に変更してしまうのではなく、蒸発器４の部分ごとに蒸発温度を異ならせることができる。従って、蒸発器４の一部においては常に除湿能力を常に確保させるようにしつつ、他の部分では運転効率を維持するための蒸発温度に設定することができる。
【００４５】
次に第２実施形態の空気調和装置１００について説明する。なお、第１実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
【００４６】
第２実施形態の空気調和装置１００は、図３に示すように前記インジェクション回路５の構成が第１実施形態と異なっているが、前記第１蒸発部４１、前記第２蒸発部４２における蒸発温度の設定については第１実施形態と同様であり、各膨張弁等の制御についても同様である。
【００４７】
より具体的には、第２実施形態におけるインジェクション回路５は、第４膨張弁３４と、前記第４膨張弁３４を通過した冷媒と、前記凝縮器２から前記蒸発器４へと流れる冷媒との間で熱交換を行う中間熱交換器５２とを備えたものである。
【００４８】
このような構成であるため、図４のｐ−Ｈ線図に示すようにＥ点での状態が異なっているものの、前記第１蒸発流路Ｌ１及び前記第２蒸発流路Ｌ２に流入する冷媒を液リッチな状態とすることができ、冷媒を分岐させやすくすることができる。従って、第１実施形態と同様に第１蒸発部４１及び第２蒸発部４２における蒸発温度の任意の値に設定することができる。
【００４９】
つまり、第２実施形態のような空気調和装置１００であっても、第１実施形態の空気調和装置１００と同様に部分負荷運転時において、除湿能力を確保しつつ快適性を維持し、運転効率も定格運転時と同等に保つことができる。
【００５０】
その他の実施形態について説明する。
【００５１】
インジェクション回路については各実施形態に示したものに限られるものではなく、様々な変形例を用いても構わない。要するに各蒸発流路に対して冷媒を分流させやすいよいに液リッチな状態の冷媒を生成することができるものであればよい。
【００５２】
前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部における蒸発温度は、部分負荷の状態や室内の相対湿度に応じて各々設定されるものであればよい。
【００５３】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００５４】
１００    ：空気調和装置
１        ：圧縮機
２        ：凝縮器
４        ：蒸発器
５        ：インジェクション回路
３１      ：第１膨張弁
３２      ：第２膨張弁
３３      ：第３膨張弁
３４      ：第４膨張弁
４１      ：第１蒸発部
４２      ：第２蒸発部
５１      ：気液分離器
５２      ：中間熱交換器
ＨＥ１    ：室外熱交換器
ＨＥ２    ：室内熱交換器
Ｌ１      ：第１蒸発流路
Ｌ２      ：第２蒸発流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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