(57)【要約】【課題】本発明は、圧縮機に液体が入らないようにしつつ、圧縮機の吐出ガス温度を抑制する空気調和機を提供することを目的とする。【解決手段】室内熱交換器と膨張弁の間に位置する配管と圧縮機を接続するインジェクション配管と、インジェクション配管に設けられたインジェクション弁と、圧縮機の出口温度を検出する圧縮機出口温度センサと、サクションタンクの入口温度を検出するサクションタンク入口温度センサと、サクションタンクの出口温度を検出するサクションタンク出口温度センサとを備え、サクションタンク出口温度センサで検出された温度がサクションタンク入口温度センサで検出された温度が高くなるよう圧縮機又は膨張弁を制御し、圧縮機出口温度センサで検出された温度が第１の所定値以下になるようインジェクション弁を制御する。【選択図】図１
2015014372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器及びサクションタンクを順次配管で接続して冷媒が循環するサイクル流路と、
前記室内熱交換器と前記膨張弁の間に位置する配管又は前記室外熱交換器と前記膨張弁の間に位置する配管と前記圧縮機を接続するインジェクション配管と、
前記インジェクション配管に設けられたインジェクション弁と、
前記圧縮機の出口温度を検出する圧縮機出口温度センサと、
前記サクションタンクの入口温度を検出するサクションタンク入口温度センサと、
前記サクションタンクの出口温度を検出するサクションタンク出口温度センサとを備え、
前記サクションタンク出口温度センサで検出された温度が前記サクションタンク入口温度センサで検出された温度が高くなるよう前記圧縮機又は前記膨張弁を制御し、
前記圧縮機出口温度センサで検出された温度が第１の所定値以下になるよう前記インジェクション弁を制御する空気調和機。
【請求項２】
圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器及びサクションタンクを順次配管で接続して冷媒が循環するサイクル流路と、
前記室内熱交換器と前記膨張弁の間に位置する配管又は前記室外熱交換器と前記膨張弁の間に位置する配管と前記圧縮機を接続するインジェクション配管と、
前記インジェクション配管に設けられたインジェクション弁と、
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出ガス温度センサと、
前記サクションタンクの入口温度を検出するサクションタンク入口温度センサと、
前記サクションタンクの出口温度を検出するサクションタンク出口温度センサと、
前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度センサとを備え、
前記サクションタンク出口温度センサで検出された温度が前記サクションタンク入口温度センサで検出された温度が高くなるよう前記圧縮機又は前記膨張弁を制御し、
前記圧縮機出口温度センサで検出された温度と前記室外熱交換器温度センサで検出された凝縮温度との差が第２の所定値以下になるよう前記インジェクション弁を制御する空気調和機。
【請求項３】
前記冷媒はＲ３２であり、
前記圧縮機出口温度センサで検出された温度が第３の所定値以上であるときに前記インジェクション弁が開き、
前記圧縮機出口温度センサで検出された温度が第３の所定値より小さいときに前記インジェクション弁が閉じることを特徴とする請求項１又は２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、空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、空気調和機を極寒地で運転する場合、屋外と屋内の温度差が大きく、圧縮機の圧縮比を大きくしなければならず、圧縮機の吐出ガス温度が上昇する。すると、圧縮機の樹脂材料、磁石及び冷凍機油の劣化が進み、空気調和機の長期信頼性が低下するおそれがある。
【０００３】
このような問題に対して、吐出ガス温度を抑制する手段として、液インジェクション方式が知られている。
【０００４】
特許文献１は、高圧液冷媒の一部を圧縮途中の中間圧室へ液インジェクトすることにより吐出ガス温度を制御する冷凍装置において、圧縮機の吐出ガス温度変更状態に応じて液インジェクション作動制御温度を変化させることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２００８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、圧縮機の吐出ガス温度のみで液インジェクションの制御を行なっている。圧縮機に吸入する冷媒の状態を把握し、制御することはできない。
【０００７】
しかし、空気調和機に用いられる圧縮機は、液体を圧縮することができないため、圧縮機の信頼性を維持するためには、蒸発器の出口で冷媒をガス化し、圧縮機に液体が入らないよう制御する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、圧縮機に液体が入らないようにしつつ、圧縮機の吐出ガス温度を抑制する空気調和機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】
上記課題を解決するために、本発明に係る空気調和機は、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器及びサクションタンクを順次配管で接続して冷媒が循環するサイクル流路と、室内熱交換器と膨張弁の間に位置する配管又は室外熱交換器と膨張弁の間に位置する配管と圧縮機を接続するインジェクション配管と、インジェクション配管に設けられたインジェクション弁と、圧縮機の出口温度を検出する圧縮機出口温度センサと、サクションタンクの入口温度を検出するサクションタンク入口温度センサと、サクションタンクの出口温度を検出するサクションタンク出口温度センサとを備え、サクションタンク出口温度センサで検出された温度がサクションタンク入口温度センサで検出された温度が高くなるよう圧縮機又は膨張弁を制御し、圧縮機出口温度センサで検出された温度が第１の所定値以下になるようインジェクション弁を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧縮機に液体が入らないようにしつつ、圧縮機の吐出ガス温度を抑制する空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】空気調和機の液インジェクションサイクル冷媒回路構成図
【図２】圧縮機とサクションタンクおよび温度検出手段の構成図
【図３】液インジェクションサイクルの運転制御図
【図４】空気調和機の過冷却インジェクションサイクル冷媒回路構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、空気調和機の液インジェクションサイクル冷媒回路構成図である。空気調和機１は、圧縮機２、流路切換弁（例えば四方弁）３、室外熱交換器４、膨張弁５、室内熱交換器６、サクションタンク７を環状に接続した主回路１０と、室内熱交換器６と前記膨張弁５の間で主回路１０から分岐して、キャピラリチューブなどの減圧手段８と回路のインジェクション弁９を介して、圧縮機２の圧縮途中に接続するインジェクション配管１１で構成される。また、空気調和機１を制御するため、制御部５０、圧縮機出口温度センサ５１、サクションタンク入口温度センサ５２、サクションタンク出口温度センサ（圧縮機入口温度センサ）５３、室外熱交換器温度センサ５４及び室内熱交換器温度センサ５５を備えている。
【００１４】
空気調和機１の各機器の動作について図１、図２を用いて説明する。空気調和機１の運転モードが「冷房」である場合、四方弁３を切り替えることで、冷媒は図１の実線矢印の方向へ流れる。本実施例では冷房時液インジェクションを行わないためインジェクション弁９は閉じており、インジェクション配管１１に冷媒は流れない。圧縮機２から吐出された冷媒は、四方弁３の実線で示した流路を介して、室外熱交換器４に供給される。そして、室外熱交換器４から排出された冷媒は、膨張弁５で減圧膨張し、室内熱交換器６に供給される。室内熱交換器６から排出された冷媒は、四方弁３の実線で示した流路を介して、サクションタンク７及び圧縮機２に戻る。
【００１５】
空気調和機１の運転モードが「暖房」である場合、四方弁３を切り替えることで、冷媒は図１の破線矢印の方向へ流れる。圧縮機２から吐出された冷媒は、四方弁３の破線で示した流路を介して、室内熱交換器６に供給される。そして、室外熱交換器６から排出された冷媒は、膨張弁５で減圧膨張し、室外熱交換器４に供給される。室外熱交換器４から排出された冷媒は、四方弁３の破線で示した流路を介して、サクションタンク７及び圧縮機２に戻る。
【００１６】
通常の暖房運転時、インジェクション弁９は閉じており、インジェクション配管１１に冷媒は流れない。一方、吐出温度が高くなる条件では、液インジェクションを行う。液インジェクションを行うときにはインジェクション弁９を開く。インジェクション配管１１に液冷媒がながれ、圧縮機２の圧縮途中にインジェクションされ蒸発し、圧縮機２の吐出温度の上昇を抑制する。室外熱交換器４及び室内熱交換器７においては、通流する冷媒と空気との間で熱の授受が行われる。
【００１７】
例えば、熱交換器がフィンチューブ形式で構成し、フィン側で、空気をプロペラファンや貫流ファンなどで通流し、管側に冷媒を通流することで熱の授受が行われる。制御部５０は、温度検出手段５１〜５４などの情報を取得し、四方弁３の切換や膨張弁５の弁開度、圧縮機２の回転数、室外熱交換器４と室内熱交換器６の空気側の交換熱量を制御するものである。サクションタンク７は運転開始時など冷媒が液のまま圧縮機２で圧縮され信頼性が損なわれることを防ぐため設けられている。
【００１８】
図２は圧縮機とサクションタンクおよび温度検出手段の構成図である。圧縮機２は容積型の圧縮機であり、本実施例では回転数が可変である圧縮機とする。圧縮機２とサクションタンク７、温度検出手段について図２を用いて説明する。Ａは冷媒が吐出する管、Ｂ、Ｃは冷媒を吸い込む管であり、図１と同じ番号の部品は同じものを示している。
【００１９】
本実施形態では、吸込み冷媒の温度検出をする温度検出手段をサクションタンクの上流側の温度検出手段５２と圧縮機吸込み上流側の温度検出手段５３に設置する。特に、圧縮機吸込み上流側の温度検出手段５３は、温度の低い吸込み冷媒の温度を、温度の高い圧縮機本体の近傍で検出する必要があるため、圧縮機本体からの熱の影響を受けない位置が望ましい。また、温度を検出する吸込み配管を圧縮機本体からの熱の影響を受けにくい素材にすることや温度検出手段５３を断熱材で覆うことも有効である。
【００２０】
圧縮機２は前述の如く容積型の圧縮機で気体を圧縮するものである。したがって、冷媒を吸い込む際にその冷媒が液であると体積変化のほとんどない液を圧縮してしまうため圧縮室に大きな負荷がかかり信頼性を損ねてしまう。このため、少なくともＣの位置で冷媒がガスとなっている必要がある。
【００２１】
以上、説明した動作の具体的な制御方法について、図３を用いて説明する。図３は液インジェクションサイクルの運転制御図である。本実施例の制御は、運転開始時は吐出温度Ｔｄが低いため適用しない。運転中（１００）、外気温度や圧縮機回転数、ユーザの要求動作により定まる吐出温度の目標値（目標Ｔｄ）と、予め定められている信頼性確保のための上限温度（上限Ｔｄ）の比較を行い、目標Ｔｄが上限Ｔｄより大きくなると、液インジェクションの制御に切り替わる（１０１）。目標Ｔｄが上限Ｔｄより小さい場合は運転を継続する（１０４）。
【００２２】
液インジェクションの制御に切り替わると、まず圧縮機吸込み冷媒状態がガスであるか判定（１０２）が行われる。これは圧縮機吸込みの冷媒状態が二相または液の状態で、さらに液インジェクションによる液冷媒が圧縮機内に流入することによるサイクルの不安定を防止するために行われる。
【００２３】
判定（１０２）はサクションタンク入口温度センサ５２で検出されるサクションタンク入口温度Ｔｓｔｉｎとサクションタンク出口温度センサ５３で検出されるサクションタンク出口温度Ｔｓｔｏｕｔの差で行い、Ｔｓｔｏｕｔ−Ｔｓｔｉｎ＞０でなければ、吸い込み冷媒状態がガスでないと判定し、膨張弁５を調整する（１０５）。
【００２４】
Ｔｓｔｏｕｔ−Ｔｓｔｉｎ＞０であれば続いて、圧縮機出口温度センサ５１により検出される圧縮機出口温度Ｔｄ（実Ｔｄ）と上限Ｔｄの比較（１０３）が行われる。
【００２５】
実Ｔｄ−上限Ｔｄ＜０であれば、目標Ｔｄと上限Ｔｄの比較を行う判定（１０１）に戻る。実Ｔｄ−上限Ｔｄ＜０でない場合は、実Ｔｄを下げるためインジェクション弁９を調整する（１０６）。インジェクション弁９を開くことにより圧縮機２の圧縮途中に液冷媒が流入し、圧縮室が冷却されるとともに、吐出温度Ｔｄも低下する。
【００２６】
例えば、暖房運転で外気温や圧縮機回転数から算出される目標Ｔｄが１００℃であるとする。予め定められた上限Ｔｄが８０℃であるとすると、判定（１０１）で液インジェクション制御に切り替わる。ここで定める上限Ｔｄは圧縮機の信頼性に影響のある実際の上限温度より、制御の際のオーバーシュート分も考慮して低く設定する。
【００２７】
このとき、例えばサクションタンク入口温度Ｔｓｔｉｎが−５℃、サクションタンク出口温度Ｔｓｔｏｕｔが−７℃であるとすると、判定（１０２）により吸込み状態がガスでないと判定され、膨張弁５をＴｓｔｏｕｔが−５℃より大きくなるように調整する（１０５）。調整後、判定（１０２）でＴｓｔｏｕｔ−Ｔｓｔｉｎ＞０を満足すると吸込み状態がガスであると判定される。このとき、実Ｔｄは上昇する。
【００２８】
判定（１０３）により実Ｔｄ−上限Ｔｄ＜０でないためインジェクション弁９が開き（１０６）、圧縮機２の圧縮途中に液冷媒が流入し、圧縮室が冷却されるとともに、実Ｔｄも低下する。
【００２９】
ここで、例えば実Ｔｄが１０５℃から７５℃に低下したとする。判定（１０２）および膨張弁５の調整（１０５）により、圧縮機吸込の冷媒がガス状態に調整される。このことで、例えば実Ｔｄが７８℃となったとする。
【００３０】
再度、判定（１０４）で実Ｔｄと上限Ｔｄの比較が行われ、８０℃の上限Ｔｄに対して、実Ｔｄが７８℃となったため、目標Ｔｄが上限Ｔｄを下回るまで、運転状態を保持する（１０１）。
【００３１】
以上説明したとおり、本実施形態に係る空気調和機は、室内熱交換器４と膨張弁５の間に位置する配管と圧縮機２を接続するインジェクション配管１１と、インジェクション配管１１に設けられたインジェクション弁９と、圧縮機２の出口温度Ｔｄを検出する圧縮機出口温度センサ５１と、サクションタンク７の入口温度Ｔｓｔｉｎを検出するサクションタンク入口温度センサ５２と、サクションタンク７の出口温度Ｔｓｔｏｕｔを検出するサクションタンク出口温度センサ５３とを備え、サクションタンク出口温度センサ５３で検出されたサクションタンク７の出口温度Ｔｓｔｏｕｔがサクションタンク入口温度センサ５２で検出されたサクションタンク７の入口温度Ｔｓｔｉｎが高くなるよう圧縮機２又は膨張弁５を制御し、圧縮機出口温度センサ５１で検出された圧縮機２の出口温度Ｔｄが第１の所定値以下になるようインジェクション弁９を制御する。
【００３２】
このように制御することにより、圧縮機２は冷却され、吐出温度Ｔｄは予め定められた上限温度以上で運転を続けることなく、冷凍サイクルを構成する樹脂材料や磁石・冷凍機油の劣化による長期信頼性の低下を防ぐことができる。さらに、圧縮機２の吸込側冷媒はガス状態であるため、効率のよい運転ができる。
【００３３】
また、室外熱交換器４の温度を検出する室外熱交換器温度センサ５５とを備え、サクションタンク出口温度センサ５３で検出された温度がサクションタンク入口温度センサ５２で検出された温度が高くなるよう圧縮機２又は膨張弁５を制御し、圧縮機出口温度センサ５１で検出された温度と室外熱交換器温度センサ４で検出された凝縮温度との差が第２の所定値以下になるようインジェクション弁９を制御してもよい。
【００３４】
また、本制御はＲ３２など空調用途としては吐出温度が比較的高い冷媒を用いる場合に、高温が原因で信頼性を確保できない運転範囲において、運転可能とする制御であり特に有効である。
【００３５】
なお、圧縮機出口温度センサ５１には、圧縮機２の容器に取り付けられた温度センサ、及び、圧縮機２と室内熱交換器４の間の配管に取り付けられた温度センサが含まれる。サクションタンク入口温度センサ５２には、サクションタンク７の容器に取り付けられた温度センサ及びサクションタンク７と室外熱交換器６の間の配管に取り付けられた温度センサが含まれる。サクションタンク出口温度センサ５３には、サクションタンク７の容器に取り付けられた温度センサ及びサクションタンク７と圧縮機２の間の配管に取り付けられた温度センサが含まれる。室外熱交換器温度センサ５４は凝縮温度を測定し、室内熱交換器温度センサ５５は蒸発温度を測定する。
【００３６】
図４は、空気調和機の過冷却インジェクションサイクル冷媒回路構成図である。本実施例では、液インジェクションサイクルの運転制御について説明したが、図４に示すような過冷却インジェクションサイクルの運転制御についても同様の制御で効果を得ることができる。図４においては、図１の減圧手段８とインジェクション弁９を過冷却熱交換器１２と過冷却インジェクション弁１３に置き換えればよい。過冷却インジェクションによりインジェクションすることによる能力低下を抑えながら吐出温度を抑制でき、液インジェクション方式よりも効率が向上する。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００３８】
また、本実施形態では暖房運転について説明したが、冷房運転にも適用可能である。冷房運転では、四方弁３により、室内熱交換器４と室外熱交換器６、及び、室内熱交換器温度センサ５５と室外熱交換器温度センサ５４を置き換えて、上述した制御が行なわれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…空気調和機、２…圧縮機、３…流路切換弁、４…室外熱交換器、５…膨張弁、６…室内熱交換器、７…サクションタンク、８…減圧手段、９…インジェクション弁、１０…主回路、１１…インジェクション配管、１２…過冷却熱交換器、１３…過冷却インジェクション弁、５０…制御部、５１…圧縮機出口温度センサ、５２…サクションタンク入口温度センサ、５３…サクションタンク出口温度センサ、５４…室外熱交換器温度センサ、５５…室内熱交換器温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015014372.tif 000005
【図４】
2015014372.tif 000006