(57)【要約】【課題】冷凍サイクルに二重管熱交換器を備えた空気調和機において、圧縮機への液戻りをなくし、二重管熱交換器内での低圧二相冷媒の状態を考慮することなくバイパス用膨張弁の開度制御を容易にする。【解決手段】室外熱交換器３０と二重管熱交換器６０との間に暖房時用膨張弁５１が設けられ、室内熱交換器４０と二重管熱交換器６０との間に冷房時用膨張弁５２が設けられ、二重管熱交換器６０にて液側冷媒配管５０に流れる高圧液冷媒と、高圧液冷媒の一部分をバイパス用膨張弁６２で減圧してなる低圧二相冷媒とを熱交換する冷凍サイクル１Ａを含む空気調和機において、二重管熱交換器６０の低圧冷媒流出口６０ａを室外熱交換器３０と暖房時用膨張弁５１との間の冷媒配管部分５０ａに第１逆止弁７１を介して接続するとともに、室内熱交換器４０と冷房時用膨張弁５２との間の冷媒配管部分５０ｂに第２逆止弁７２を介して接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四方弁を介して圧縮機の吐出側に選択的に接続される室外熱交換器と室内熱交換器との間の液側とされる冷媒配管内に二重管熱交換器を有し、上記室外熱交換器と上記二重管熱交換器との間に暖房時用膨張弁が設けられ、上記室内熱交換器と上記二重管熱交換器との間に冷房時用膨張弁が設けられ、上記二重管熱交換器にて、上記液側冷媒配管に流れる高圧液冷媒と、上記高圧液冷媒の一部分をバイパス用膨張弁で減圧してなる気液二相の低圧冷媒とを熱交換する冷凍サイクルを含む空気調和機において、
上記二重管熱交換器の低圧冷媒流出口が二股に分岐され、その一方の分岐が第１弁手段を介して上記室外熱交換器と上記暖房時用膨張弁との間の上記冷媒配管に接続されているとともに、他方の分岐が第２弁手段を介して上記室内熱交換器と上記冷房時用膨張弁との間の上記冷媒配管に接続されていることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
上記冷凍サイクルの冷房運転時には、上記暖房時用膨張弁が全開で上記冷房時用膨張弁が所定の開度に絞られ、上記二重管熱交換器で熱交換された上記低圧冷媒が上記第２弁手段を介して上記冷房時用膨張弁にて減圧された冷媒とともに蒸発器側の上記室内熱交換器に供給されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
上記冷凍サイクルの暖房運転時には、上記冷房時用膨張弁が全開で上記暖房時用膨張弁が所定の開度に絞られ、上記二重管熱交換器で熱交換された上記低圧冷媒が上記第１弁手段を介して上記暖房時用膨張弁にて減圧された冷媒とともに蒸発器側の上記室外熱交換器に供給されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
上記第１弁手段および上記第２弁手段が、上記低圧冷媒流出口を高圧側として開弁する逆止弁からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気調和機。
【請求項５】
上記第１弁手段および上記第２弁手段が、外部信号によって開閉する電磁弁からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可逆的な冷凍サイクルを有する空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、室外熱交換器と室内熱交換器とを接続する液側の冷媒配管内に二重管熱交換器を有する空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機に適用される冷凍サイクルの一つとして、過冷却度の増大をはかるために二重管熱交換器を備えた冷凍サイクルが知られている。この種の冷凍サイクルでは、凝縮器にて凝縮された高圧液冷媒を一部分流，減圧して二重管熱交換器で主流の高圧液冷媒と熱交換させるようにしており、その一例を図３により説明する。
【０００３】
この従来例に係る冷凍サイクル１Ｂは、基本的な構成として、圧縮機１０，四方弁２０，室外熱交換器３０および室内熱交換器４０を含み、四方弁２０を介して圧縮機１０の吐出側が室外熱交換器３０もしくは室内熱交換器４０のいずれか一方に接続される。
【０００４】
すなわち、冷房運転時には、圧縮機１０の吐出側が室外熱交換器３０に接続され、室外熱交換器３０が凝縮器として機能し、室内熱交換器４０が蒸発器として機能する。暖房運転時には、反対に、圧縮機１０の吐出側が室内熱交換器４０に接続され、室内熱交換器３０が凝縮器として機能し、室外熱交換器４０が蒸発器として機能する。
【０００５】
いずれにしても、四方弁２０から室外熱交換器３０，室内熱交換器４０に至る配管にはガス冷媒が流され、また、四方弁２０からアキュムレータ１２に至る冷媒配管１１にもガス冷媒が流されることから、これらの配管はガス側冷媒配管とされる。
【０００６】
これに対して、室外熱交換器３０と室内熱交換器４０とを接続する冷媒配管には主として凝縮された液冷媒が流されることから、室外熱交換器３０と室内熱交換器４０とを接続する冷媒配管は、通常、液側冷媒配管５０と呼ばれている。
【０００７】
液側冷媒配管５０に二重管熱交換器６０が設けられている。また、二重管熱交換器６０と室外熱交換器３０との間には暖房時用膨張弁５１が設けられ、二重管熱交換器６０と室内熱交換器４０との間には冷房時用膨張弁５２が設けられている。
【０００８】
二重管熱交換器６０は、例えば同軸的に配置された内管と外管とからなり、その内管に高圧液冷媒が流される。外管には、液側冷媒配管５０から分岐されたバイパス配管６１が接続されており、バイパス配管６１にはバイパス用膨張弁６２が設けられている。
【０００９】
なお、室内熱交換器４０の両側に設けられている二方弁５３，三方弁５４は、空気調和機の設置時に室内熱交換器４０を冷凍サイクルに接続するための接続弁である。
【００１０】
冷房運転時には、暖房時用膨張弁５１が全開で、冷房時用膨張弁５２が所定の開度に絞られ、冷媒は図示実線矢印のように流れる。暖房運転時には、冷房時用膨張弁５２が全開で、暖房時用膨張弁５１が所定の開度に絞られ、冷媒は図示鎖線矢印のように流れる。
【００１１】
いずれにしても、二重管熱交換器６０の内管には、室外熱交換器３０もしくは室内熱交換器４０にて凝縮された高圧液冷媒（主流）が流される。外管内には、主流の高圧液冷媒から分流され、バイパス用膨張弁６２で減圧された低圧二相冷媒が流され、主流の高圧液冷媒と熱交換されて蒸発するとともに、主流の高圧液冷媒は冷却される。この場合、バイパス用膨張弁６２は、高圧液冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように、その開度が制御される。
【００１２】
上記のように、低圧二相冷媒は、高圧液冷媒との熱交換により蒸発し、低圧ガス冷媒となって圧縮機１０の吸入配管１１に戻される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来例では、二重管熱交換器６０で高圧液冷媒との熱交換により蒸発したガス冷媒を圧縮機１０の吸入配管１１側に戻すようにしているため、高圧液冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるようにバイパス用膨張弁６２を制御するうえで、次のような問題がある。
【００１５】
図４のモリエル線図を参照して、冷房運転の場合について説明する。なお、図４において、実線は液側冷媒配管５０を流れる高圧液冷媒の主流で、一点鎖線はバイパス配管６１を流れるバイパス流である。
【００１６】
特に、空気調和機を設置する場所の状況により、室外機と室内機とを接続するための配管を長くする必要がある場合、室内熱交換器４０に冷媒が届く状態を最適にする（室内機の能力を最大に発揮させる）には、図４（ａ）のような過冷却をとる必要がある。
【００１７】
図４（ａ）は、冷媒が最適な状態で循環する冷凍サイクルを示しており、過冷却度をＡにして室内熱交換器４０に最適な状態で冷媒が届き、主流とバイパス流とが混合しても、気相状態である。
【００１８】
すなわち、主流よりバイパス（分流）され、バイパス用膨張弁６２で減圧された低圧二相冷媒は、二重管熱交換器６０内で蒸発し、（ｃ１）の過熱状態となる。主流は室内熱交換器４０で蒸発し、（ａ１）の状態で圧縮機１０に戻るが、圧縮機１０の吸入側では、（ａ１）と（ｃ１）とが混合し、（ｂ１）の状態となる。
【００１９】
一方、図４（ｂ）に示すように、室内機に届いた冷媒が最適でないため、二重管熱交換器６０へのバイパス量を多くして過冷却度をＡからＡ’に深く（図４（ｂ）において左方向）した場合、主流は室内熱交換器４０で十分に熱交換され気相（ａ２）になる。
【００２０】
しかしながら、バイパスしたすべての冷媒が蒸発することができなくなると、過熱度がない（ｃ２）の二相状態で戻されるため、圧縮機１０の吸入側で混合された冷媒は液冷媒を含む二相状態（ｂ２）となり、液バックすることになる。
【００２１】
そこで、液バックしないように、（ｂ２）を気相状態にするためには、過冷却度を浅く（Ａ’→Ａ，図４（ｂ）において右方向）していく必要があるが、そうすると、室内熱交換器４０に最適な状態で冷媒が届かないことになり、性能（ＣＯＰ）が悪くなる。
【００２２】
このように、上記従来例では、圧縮機１０への液戻りのおそれがあるため、バイパス流の二重管熱交換器６０の出口温度を監視し、バイパス流量を抑えるようにしている。その結果、目標過冷却度に達しない場合が生ずる。また、蒸発器（例えば、室内熱交換器４０）の冷媒循環量は主流分だけであるため、熱交換量が不足する場合がある。
【００２３】
なお、バイパス流をすべて蒸発させてガス冷媒とする方法の一つとして、二重管熱交換器６０を大きくする方法があるが、配管系が大型となるため好ましくない。
【００２４】
したがって、本発明の課題は、冷凍サイクルに二重管熱交換器を備えた空気調和機において、圧縮機への液戻りをなくし、二重管熱交換器内での低圧二相冷媒の状態を考慮することなくバイパス用膨張弁の開度制御を容易とした空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、本発明は、四方弁を介して圧縮機の吐出側に選択的に接続される室外熱交換器と室内熱交換器との間の液側とされる冷媒配管内に二重管熱交換器を有し、上記室外熱交換器と上記二重管熱交換器との間に暖房時用膨張弁が設けられ、上記室内熱交換器と上記二重管熱交換器との間に冷房時用膨張弁が設けられ、上記二重管熱交換器にて、上記液側冷媒配管に流れる高圧液冷媒と、上記高圧液冷媒の一部分をバイパス用膨張弁で減圧してなる気液二相の低圧冷媒とを熱交換する冷凍サイクルを含む空気調和機において、上記二重管熱交換器の低圧冷媒流出口が二股に分岐され、その一方の分岐が第１弁手段を介して上記室外熱交換器と上記暖房時用膨張弁との間の上記冷媒配管に接続されているとともに、他方の分岐が第２弁手段を介して上記室内熱交換器と上記冷房時用膨張弁との間の上記冷媒配管に接続されていることを特徴としている。
【００２６】
本発明において、上記冷凍サイクルの冷房運転時には、上記暖房時用膨張弁が全開で上記冷房時用膨張弁が所定の開度に絞られ、上記二重管熱交換器で熱交換された上記低圧冷媒が上記第２弁手段を介して上記冷房時用膨張弁にて減圧された冷媒とともに蒸発器側の上記室内熱交換器に供給される。
【００２７】
また、上記冷凍サイクルの暖房運転時には、上記冷房時用膨張弁が全開で上記暖房時用膨張弁が所定の開度に絞られ、上記二重管熱交換器で熱交換された上記低圧冷媒が上記第１弁手段を介して上記暖房時用膨張弁にて減圧された冷媒とともに蒸発器側の上記室外熱交換器に供給される。
【００２８】
本発明において、上記第１弁手段および上記第２弁手段には、上記低圧冷媒流出口を高圧側として開弁する逆止弁もしくは外部信号によって開閉する電磁弁が用いられてよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、二重管熱交換器を出た低圧冷媒を蒸発器側へと流すようにしたことにより、二重管熱交換器で完全に蒸発していなくても、蒸発器で蒸発されて圧縮機に戻るため、圧縮機への液戻りをなくすことができる。
【００３０】
また、バイパス用膨張弁の制御においては、二重管熱交換器内での低圧冷媒の状態を考慮する必要がなく、高圧液冷媒の過冷却度を目標過冷却度になるように制御すればよいため、バイパス用膨張弁の制御が容易となる。
【００３１】
また、多くの低圧冷媒を二重管熱交換器に流せるため、高圧液冷媒の過冷却度を大きくとることが可能となり、その分、冷凍サイクルの性能向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の空気調和機に適用される冷凍サイクルの実施形態を示す冷媒回路図。
【図２】上記冷凍サイクルのモリエル線図。
【図３】従来の冷凍サイクルを示す冷媒回路図。
【図４】上記従来の冷凍サイクルの（ａ）二重管熱交換器で過熱度がとれている場合のモリエル線図，（ｂ）二重管熱交換器で過熱度がとれない場合のモリエル線図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。この実施形態の説明において、先の図３で説明した従来例と変更を要しない構成要素には同じ参照符号を用いている。
【００３４】
図１に示すように、この実施形態に係る冷凍サイクル１Ａは、基本的な構成として、圧縮機１０と、四方弁２０と、室外熱交換器３０と、室内熱交換器４０とを備える。圧縮機１０は、ロータリー圧縮機，スクロール圧縮機のいずれであってもよい。
【００３５】
圧縮機１０の吐出側は、四方弁２０を介して室外熱交換器３０と室内熱交換器４０のいずれか一方に接続されるが、室外熱交換器３０と室内熱交換器４０とを接続する液側冷媒配管５０には、二重管熱交換器６０が介装されている。
【００３６】
また、室外熱交換器３０と二重管熱交換器６０との間には、暖房時用膨張弁５１が設けられ、室内熱交換器４０と二重管熱交換器６０との間には、冷房時用膨張弁５２が設けられている。
【００３７】
二重管熱交換器６０は、例えば同軸的に配置された内管と外管とからなり、その内管には室外熱交換器３０もしくは室内熱交換器４０にて凝縮された高圧液冷媒が流される。この内管に流される高圧液冷媒が主流である。
【００３８】
二重管熱交換器６０の外管には、液側冷媒配管５０から分岐されたバイパス配管６１が接続されている。バイパス配管６１には、バイパス用膨張弁６２が設けられており、バイパス配管６１により分流された高圧液冷媒の一部が減圧され、低圧二相冷媒となって外管内を流れる。なお、高圧液冷媒を外管側に流し、低圧二相冷媒を内管側に流してもよい。
【００３９】
本発明によると、二重管熱交換器６０の低圧冷媒流出口６０ａは、第１逆止弁７１を介して室外熱交換器３０と暖房時用膨張弁５１との間の冷媒配管部分５０ａに接続されるとともに、第２逆止弁７２を介して室内熱交換器４０と冷房時用膨張弁５２との間の冷媒配管部分５０ｂに接続される。
【００４０】
各逆止弁７１，７２ともに、流れの順方向は低圧冷媒流出口６０ａから冷媒配管部分５０ａ，５０ｂ方向である。なお、逆止弁に代えて、外部信号によって開閉する電磁弁が用いられてよい。
【００４１】
冷房運転時には、四方弁２０が図示実線の状態に切り換えられ、暖房時用膨張弁５１が全開で、冷房時用膨張弁５２が所定の開度に絞られ、冷媒は図示実線矢印のように循環する。
【００４２】
すなわち、圧縮機１０から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁２０を経由して室外熱交換器３０に至り、室外熱交換器３０で凝縮されて高圧液冷媒となり、二重管熱交換器６０でさらに冷却される。
【００４３】
二重管熱交換器６０で過冷却度のとれた高圧液冷媒はバイパス配管６１の部分で分流され、一方（主流側）は冷房時用膨張弁５２に送られ、他方（バイパス流）はバイパス用膨張弁６２に送られる。
【００４４】
バイパス流は、バイパス用膨張弁６２で減圧され、気液の低圧二相冷媒となり二重管熱交換器６０で高圧液冷媒と熱交換し蒸発する。
【００４５】
冷房運転時、室外熱交換器３０側の配管部分５０ａは、低圧冷媒流出口６０ａよりも高圧であり、室内熱交換器４０側の配管部分５０ｂは、低圧冷媒流出口６０ａよりも低圧である。
【００４６】
したがって、蒸発したガス冷媒は、第２逆止弁７２を介して上記冷媒配管部分５０ｂに至り、冷房時用膨張弁５２で減圧された主流側冷媒と合流して蒸発器側の室内熱交換器４０に送られ、室内空気と熱交換して蒸発し、吸入配管１１およびアキュムレータ１２をとおって圧縮機１０に戻される。
【００４７】
この冷房運転時、冷房時用膨張弁５２により冷凍サイクルの冷媒流量が調整され、バイパス用膨張弁６２の弁開度は、高圧液冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように制御される。
【００４８】
暖房運転時には、四方弁２０が図示鎖線の状態に切り換えられ、冷房時用膨張弁５２が全開で、暖房時用膨張弁５１が所定の開度に絞られ、冷媒は図示鎖線矢印のように循環する。
【００４９】
すなわち、圧縮機１０から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁２０を経由して室内熱交換器４０に至り、室内熱交換器４０で凝縮されて高圧液冷媒となる。
【００５０】
その後、二重管熱交換器６０に至る手前のバイパス配管６１の部分で分流され、一方（主流側）は二重管熱交換器６０の内管を流れ暖房時用膨張弁５１に至る。他方（バイパス流）はバイパス用膨張弁６２に送られる。
【００５１】
バイパス流は、バイパス用膨張弁６２で減圧され、気液の低圧二相冷媒となり二重管熱交換器６０で主流側の高圧液冷媒と熱交換し蒸発する。
【００５２】
暖房運転時、室内熱交換器４０側の配管部分５０ｂは、低圧冷媒流出口６０ａよりも高圧であり、室外熱交換器３０側の配管部分５０ａは、低圧冷媒流出口６０ａよりも低圧である。
【００５３】
したがって、蒸発したガス冷媒は、第１逆止弁７１を介して上記冷媒配管部分５０ａに至り、暖房時用膨張弁５１で減圧された主流側冷媒と合流して蒸発器側の室外熱交換器３０に送られ、外気と熱交換して蒸発し、吸入配管１１およびアキュムレータ１２をとおって圧縮機１０に戻される。
【００５４】
この暖房運転時においても、暖房時用膨張弁５１により冷凍サイクルの冷媒流量が調整され、バイパス用膨張弁６２の弁開度は、高圧液冷媒の過冷却度が目標過冷却度となるように制御される。
【００５５】
上記のとおり、本発明によれば、冷房運転時，暖房運転時のいずれにおいても、二重管熱交換器６０を出た低圧冷媒が冷房時用膨張弁５２もしくは暖房時用膨張弁５１の下流側から蒸発器に向けて流されるため、気液の低圧二相冷媒を二重管熱交換器６０内で完全に蒸発させる必要がない。したがって、高圧液冷媒の目標過冷却度を大きくして、多くの低圧二相冷媒を二重管熱交換器６０に流すことができる。
【００５６】
図２のモリエル線図を参照して、本発明の冷凍サイクル（冷房運転の場合）について説明する。なお、図２において、実線は液側冷媒配管５０を流れる高圧液冷媒の主流で、一点鎖線はバイパス配管６１を流れるバイパス流である。
【００５７】
Δ点で圧縮機１０に吸入され、圧縮された冷媒は高温高圧（ｘ点）となり、室外熱交換器３０で凝縮され（α点）、二重管熱交換器６０で後述のバイパス流（γ−ｆ）と熱交換され過冷却状態となり（β点）、電子膨張弁５２で減圧される（ｄ点）。
【００５８】
一方、バイパス回路では、二重管熱交換器６０で熱交換された主流の一部をバイパス配管６１で分流し、電子膨張弁６２で減圧後（γ点）、主流（α−β）と熱交換される（ｆ点）。主流とバイパス流が合流（ｅ点）して室内熱交換器３０に流入し、室内熱交換器３０で蒸発し、圧縮機１０に吸入される（Δ点）。
【００５９】
本発明では、このように、二重管熱交換器６０に使用したバイパス流は、直接圧縮機１０の吸入側に戻らず、主流とともに室内熱交換器３０で熱交換され、無駄な冷媒が発生しないため、性能（ＣＯＰ）が改善される。また、液バックになる心配もないことから、室内熱交換器３０に最適な状態で冷媒を供給できるまで過冷却することが可能になる。
【００６０】
また、従来においては、液バックしないようにするため、二重管熱交換器用電子膨張弁と冷凍サイクル全体の電子膨張弁の双方を正確に制御する必要があったが、本発明によれば、液バックが生じないため、これら電子膨張弁の制御プログラムを大幅に簡素化することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１Ａ  冷凍サイクル
１０  圧縮機
１１  吸入配管
１２  アキュムレータ
２０  四方弁
３０  室外熱交換器
４０  室内熱交換器
５０  液側冷媒配管
５１  暖房時用膨張弁
５２  冷房時用膨張弁
６０  二重管熱交換器
６０ａ  低圧冷媒出口
６１  バイパス配管
６２  バイパス用膨張弁
７１  第１逆止弁
７２  第２逆止弁
【図１】
2011133177.tif 000003
【図２】
2011133177.tif 000004
【図３】
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【図４】
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