(57)【要約】【課題】減圧装置として電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を使用する空気調和機において、四方弁を切り替えて冷房暖房運転を行うと冷媒の流れは逆転することになるが、ＬＥＶの構造上、逆方向からの流れに対してＬＥＶ前後の逆圧開弁圧力差が高いので、ＬＥＶの低開弁パルス時に安定せず冷媒流量の制御不能状態となる問題がある。【解決手段】余剰冷媒貯留用レシーバの上流側及び下流側に接続される冷媒配管上に設けられた減圧装置を有する空気調和機において、ＬＥＶからなる減圧装置を使用し、レシーバ下流側のＬＥＶを正方向流れ向きに接続し、前記レシーバに対して対向した流入流出となるように配設したものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、この圧縮機に管を介して接続された四方切替弁と、この四方切替弁に管を介して接続された室外熱交換器と、前記四方切替弁に管を介して接続された室内熱交換器と、一方が前記室外熱交換器に、他方が前記室内熱交換器にそれぞれ管を介して接続され、余剰冷媒を貯留するレシーバと、このレシーバと前記室外熱交換器との間に設けられた第１絞り装置と、前記レシーバと前記室内熱交換器との間に設けられた第２絞り装置とを備え、前記第１及び第２絞り装置に電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を使用するとともに、前記レシーバの下流側に設ける電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を正方向流れ向きに配設したことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記レシーバの上流側に設けた前記電子リニア膨張弁を逆圧開弁圧力差が制限される開度パルス以下にならにように制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
前記圧縮機の起動後、所定時間レシーバ上流側に設けた前記電子リニア膨張弁の開度パルスを大きく開き気味に固定し、前記レシーバ下流側に設けた電子リニア膨張弁より絞り込み動作を開始し、前記レシーバ上流側に設けた前記電子リニア膨張弁の流出入口間差圧が所定圧力以下となると、前記上流側に設けた電子リニア膨張弁の絞り込み動作制御を行う制御装置を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和機。
【請求項４】
前記レシーバ内部を貫通する吸入配管の一部が、前記レシーバに貯留された余剰冷媒と熱交換するように配設したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項５】
冷媒としてＨＦＣ冷媒を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機等の冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は特開２００１−１７４０９１号公報に記載された従来の空気調和機の冷媒回路図を示す、ブロック図である。図において、圧縮機１より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通って室外熱交換器３（冷房時凝縮器）に入る。このガス冷媒は室外熱交換器３により外気と熱交換されて液状の冷媒となり第１の絞り４ａを介して減圧されてレシーバ７内に入る。レシーバ７に入った低乾き度の高温二相冷媒は、レシーバ７の中に設置された吸入配管９の内部を流れる低温低圧の冷媒により、飽和液状態まで冷却されてレシーバ７を流出し、第２の絞り４ｂを介し減圧された後、室内熱交換器５（冷房時蒸発器）へ流れる。また冷房・暖房の切り替えは四方弁により実施し、冷媒の流れが逆転する。
【０００３】
また、減圧装置として電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を使用する場合、ＬＥＶへの冷媒流入経路としては、図４に示す様に、ＬＥＶ本体に対し、横（Ａ）からと下（Ｂ）からの２箇所が存在する。図４において、２１は弁棒と弁座からなる冷媒の絞り機構部を内蔵する弁本体、２２は弁棒を駆動させるための電磁コイル、２３は電磁コイルへ通電するリード線、２４は弁本体２１の横側から接続された横銅管、２５は弁本体２１の弁棒駆動方向の下側から接続された下銅管である。冷房・暖房の切り替え運転をする際、冷媒の流れとしては、弁本体に対して横→下（正方向と定義する）の流れと、下→横（逆方向と定義する）の流れが発生する事となる。ここで、図５にＬＥＶの内部構造図を示す。図において、２１は弁本体、２６は弁本体に固定された弁座、２７は先端部が円錐状をし、弁座２６に対して近づき又は離れる動作を行う弁棒、２８は弁本体内に設けられ冷媒が流通する空間部である。そして、このＬＥＶでの冷媒流量調節方法は、弁棒２７が上下（図５における）方向に作動する事により弁棒２７と弁本体２１に固定された弁座２６との隙間面積が変化し、そこを通過する冷媒の流量調節が行われる事になる。その際、ＬＥＶの流入と流出の間における前後差圧がある一定値以上となると弁棒本体の駆動制御が不能となり、弁棒位置が固定されず流量調整が不可能となる場合があるため、一般的には使用圧力差範囲が規定されている。また冷媒の流れが逆方向流れ（弁本体に対して下→横の流れ）の場合の方が、正方向流れ（弁本体に対して横→下の流れ）よりも冷媒の圧力の影響を受けやすい構造であるため、逆方向流れについては更に低い圧力差での使用が規定されている。この圧力条件値を、逆圧開弁圧力差と規定しており、更にその圧力値制限が、ＬＥＶの開度パルスによって、変化する場合がある。これを図２に示すＬＥＶ開度と逆圧開弁圧力差の関係図から説明する。図において、横軸にＬＥＶの開弁パルス、縦軸に逆圧開弁圧力差をとり、開弁パルスの下限設定の値を境に低開弁パルス側ではＰ２の逆圧開弁圧力差となり、下限設定値より高開弁パルス側では逆圧開弁圧力差がＰ１（Ｐ２＜Ｐ１）と高くなる特性を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の空気調和機の冷媒回路においては、四方弁により冷房暖房運転の切り替えを行うため冷媒の流れは逆転することになり、減圧装置として電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を使用する場合、ＬＥＶ内の冷媒の流れについては、正方向流れ（弁本体に対して横→下の流れ）及び逆方向流れ（ＬＥＶ弁本体に対して下→横の流れ）の両方の状態が必ず起こることになる。減圧装置としてＬＥＶを使用する際、上記逆方向の流れ状態においては、特に絞り気味（低開弁パルス）の場合、逆圧開弁圧力差が小さくなるため、ＬＥＶ前後の冷媒流れにおける差圧が使用するＬＥＶが有する逆圧開弁圧力差を超えるとき、ＬＥＶの開弁パルスが安定せず、冷媒流量の制御不能状態に陥ることによる圧縮機信頼性確保が困難になる等の問題があった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、余剰冷媒貯留用のレシーバの前後に減圧装置を有する冷媒回路からなる空気調和機において、冷媒流量の不安定等の制御不能状態に陥ること無く、常に安定した運転が行える空気調和機を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る空気調和機は、圧縮機と、この圧縮機に管を介して接続された四方切替弁と、この四方切替弁に管を介して接続された室外熱交換器と、前記四方切替弁に管を介して接続された室内熱交換器と、一方が前記室外熱交換器に、他方が前記室内熱交換器にそれぞれ管を介して接続され、余剰冷媒を貯留するレシーバと、このレシーバと前記室外熱交換器との間に設けられた第１絞り装置と、前記レシーバと前記室内熱交換器との間に設けられた第２絞り装置とを備え、前記第１及び第２絞り装置に電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を使用するとともに、前記レシーバの下流側に設ける電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を正方向流れ向きに配設したものである。
【０００７】
本発明の請求項２に係る空気調和機は、レシーバの上流側に設けた前記電子リニア膨張弁を逆圧開弁圧力差が制限される開度パルス以下にならにように制御する制御装置を備えたものである。
【０００８】
本発明の請求項３に係る空気調和機は、圧縮機の起動後、所定時間レシーバ上流側に設けた前記電子リニア膨張弁の開度パルスを大きく開き気味に固定し、前記レシーバ下流側に設けた電子リニア膨張弁より絞り込み動作を開始し、前記レシーバ上流側に設けた前記電子リニア膨張弁の流出入口間差圧が所定圧力以下となると、前記上流側に設けた電子リニア膨張弁の絞り込み動作制御を行う制御装置を設けたものである。
【０００９】
本発明の請求項４に係る空気調和機は、レシーバ内部を貫通する吸入配管の一部が、レシーバに貯留された余剰冷媒と熱交換するように配設したものである。
【００１０】
本発明の請求項５に係る空気調和機は、冷媒としてＨＦＣ冷媒を使用するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、この実施の形態１の空気調和機の冷媒回路図を示すものである。１は圧縮機、２は冷房暖房運転を切りかえる四方切替弁（四方弁）、３は室外熱交換器、４ａ，４ｂは絞り装置である電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）、５は室内熱交換器、６は吐出配管、７は余剰冷媒貯留用のレシーバ、８は吐出配管６に設けられた吐出温度サーミスタ、９は吸入配管、１０は室外熱交換器温度サーミスタ、１１は室内熱交換器温度サーミスタである。
【００１２】
上記冷媒回路のレシーバ７の上流側と下流側に第１・第２の絞り装置を、それぞれ室外熱交換器とレシーバ間の接続配管上、室内熱交換器とレシーバ間の接続配管上に設けている。絞り装置として使用する電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）は、前述の図４及び図５にて説明したように、弁本体の横側から配管接続する横銅管と弁本体の下側の下銅管の２箇所から冷媒が相互に流通するように接続する構造となっている。図１に示すように、第１・第２の絞り装置（ＬＥＶ）共にレシーバ側に配管接続する方を上記横銅管から流出入する向きに、そしてＬＥＶ出入口のその反対側である下銅管側は室内又は室外熱交換器側に接続固定されている。上記構成により、レシーバ下流側に配設したＬＥＶが冷媒の流れに対して正方向流れの向きになるように設けられている。
【００１３】
次に、この冷媒回路による空気調和機の動作を説明する。圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒は吐出配管６を通り四方切替弁２に入る。冷房運転時には実線で示すように四方切替弁２から室外機熱交換器３（凝縮器として働く）に流入し、室外空気と熱交換して冷却され凝縮液化した後電子膨張弁４ａに至る。電子膨張弁４ａにより減圧され湿り状態の冷媒になった後レシーバ７に入る。レシーバ７の内部には、レシーバ７の上部を貫通して四方切替弁２から圧縮機１１の吸入部に接続される吸入配管９の一部が配設され、吸入配管９の内部を流れる低温低圧の冷媒により、レシーバに貯留された余剰冷媒は飽和液状態まで冷却され、レシーバ７から流出する。そして、電子膨張弁４ｂを通過して再度減圧された後、室内機熱交換器（蒸発器として働く）に流入し、室内空気と熱交換して加熱され蒸発した後、四方切替弁２を経て吸入配管９を通り、レシーバ内の余剰冷媒と熱交換を行った後、圧縮機１に戻る。レシーバ７内部に吸入配管９の一部が貯留された余剰冷媒と熱交換するように配設しているので、運転効率の良い空気調和機を得ることができる。
【００１４】
図１中の吐出温度サーミスタ８は圧縮機１から吐出される吐出ガス冷媒の温度を検知するためのものであり、ここで検知する吐出温度が所定値となるよう、室外機に設けた制御装置（図示せず）によりレシーバ下流側に位置するＬＥＶの開弁パルスを制御する。吐出温度サーミスタ８で検知される圧縮機吐出温度を、運転状態に応じて予め決められた所定値以上に制御することは、圧縮機への液冷媒戻りを抑制し、圧縮機の信頼性や性能の確保のため、非常に重要となる。従って吐出温度サーミスタ８により圧縮機１からの吐出冷媒温度を検知し、レシーバ下流側ＬＥＶ（冷房時：４ｂ、暖房時：４ａ）の開弁度パルスを制御することにより、制御するＬＥＶにおいて常に冷媒の流れが正方向流れ（ＬＥＶ弁本体に対して横→下の流れ）となるため、逆圧開弁圧力差の影響を受けることなく、安定した制御特性を得ることができる。
【００１５】
また、制御するＬＥＶがレシーバ上流側の絞り装置となる場合には、図２に示すような開度パルスと逆圧開弁圧力差の関係より、逆圧開弁圧力差が小さくなる開度パルス以下にならないよう、開度パルス変化の制限として下限設定値を設けることで、安定した制御特性を得ることができる。
【００１６】
また、レシーバ上流側ＬＥＶの開度パルス変化制御を行う際は、室外機熱交換器３の中央部に設置された二相冷媒温度を検知する室外熱交換器温度サーミスタ１０及び室内機熱交換器５の中央部に設置された二相冷媒温度を検知する室内熱交換器温度サーミスタ１１により、冷媒の凝縮温度及び蒸発温度を検知し、それぞれの温度より凝縮圧力及び蒸発圧力を換算し冷媒回路における吐出側と吸入側の間の高低圧差を算出する。また、ＬＥＶ開度パルスと冷媒流れによるＬＥＶ前後の圧力差との特性から、レシーバ上流側ＬＥＶ開度パルス及びレシーバ下流側ＬＥＶ開度パルスより上流側ＬＥＶの入口・出口の前後差圧を推定し、逆圧開弁圧力差の制限値以下となるように、上流側ＬＥＶ開度パルス制御を行うことで、安定した制御特性を得ることができる。
【００１７】
図３に上述のＬＥＶ開度パルスの制御動作を説明するタイムチャート図を示す。図において、横軸に時間、縦軸にＬＥＶ開度パルス（冷媒流量に対応）をとり、冷房運転時におけるＬＥＶ１（レシーバ上流側）及びＬＥＶ２（レシーバ下流側）の開度パルスの変化状態を示す。まず、室外機に設けた制御装置により、運転開始時は所定開弁パルスＬｏ（開き気味開度）に設定制御されており、圧縮機が起動して冷媒が流れて高低圧に圧力差がついてくると、図中のＣ点からＬＥＶ２の開弁パルス量を下げて絞り動作を行い、この間はＬＥＶ１は開度パルスを大きく開き気味で固定しているが、その後ＬＥＶ１を図中のＤ点から開弁パルスを下げて絞り動作を進めていく制御動作を行う。これにより、レシーバ下流側のＬＥＶにて絞り量を絞り気味にし（開度を少なめ）、一方レシーバ上流側のＬＥＶでは絞り量を緩めの開き気味（開度を多きめ）とするＬＥＶ開度制御の動作となる。
【００１８】
なお、上記実施の形態では、圧縮機吸入配管をレシーバ内に貫通させ、レシーバ内余剰冷媒と吸入配管内冷媒とで熱交換をさせる冷媒回路での説明をしたが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、レシーバ内に配設した吸入配管による高低圧熱交換部の有無に係わらず適用する事ができる。
【００１９】
この実施の形態１における空気調和機は、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（例えばＲ４０７Ｃ，Ｒ４１０Ａ等）、冷凍機油として冷媒と非相溶性の冷凍機油を使用する。従来の冷凍サイクルのようにアキュムレータに余剰冷媒を貯留する場合、余剰冷媒の温度が低いため、溶解度が低く、冷凍機油が分離して冷媒の上層に浮いて圧縮機へ返油できなくなってしまうが、本実施の形態に示すようにレシーバに余剰冷媒を貯留すると、余剰冷媒の温度が５０℃程度と高いため通常油が分離することなく圧縮機に返油することが可能となり、信頼性が向上する。
【００２０】
さらに、上記実施の形態では冷媒にＨＦＣ冷媒を使用した空気調和機に適用した例について説明したが、本発明はかかる例に限定されるものではなく、冷媒の種類に関わりなく適用する事ができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に係る空気調和機は、圧縮機と、この圧縮機に管を介して接続された四方切替弁と、この四方切替弁に管を介して接続された室外熱交換器と、前記四方切替弁に管を介して接続された室内熱交換器と、一方が前記室外熱交換器に、他方が前記室内熱交換器にそれぞれ管を介して接続され、余剰冷媒を貯留するレシーバと、このレシーバと前記室外熱交換器との間に設けられた第１絞り装置と、前記レシーバと前記室内熱交換器との間に設けられた第２絞り装置とを備え、前記第１及び第２絞り装置に電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を使用するとともに、前記レシーバの下流側に設ける電子リニア膨張弁（ＬＥＶ）を正方向流れ向きに配設したので、冷房及び暖房いずれの回路においても、レシーバ下流側ＬＥＶの向きを正方向とする事ができ、開度パルスを小さくした場合も逆圧開弁圧力差以上となった場合の開度不安定等の影響を考慮する必要も無く、安定した制御システムを得る事ができる。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る空気調和機は、レシーバの上流側に設けた前記電子リニア膨張弁を逆圧開弁圧力差が制限される開度パルス以下にならにように制御する制御装置を備えたので、レシーバ上流側ＬＥＶについても逆圧開弁圧力差が小さくなる、開度パルス以下になるのを防ぐことにより、冷媒流量の不安定化等を防ぎ、安定した制御システムを得る事ができる。
【００２３】
また、本発明の請求項３に係る空気調和機は、圧縮機の起動後、所定時間レシーバ上流側に設けた前記電子リニア膨張弁の開度パルスを大きく開き気味に固定し、前記レシーバ下流側に設けた電子リニア膨張弁より絞り込み動作を開始し、前記レシーバ上流側に設けた前記電子リニア膨張弁の流出入口間差圧が所定圧力以下となると、前記上流側に設けた電子リニア膨張弁の絞り込み動作制御を行う制御装置を設けたので、冷媒流量の不安定化等を防ぎ、安定した制御システムを得る事ができる。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る空気調和機は、レシーバ内部を貫通する吸入配管の一部が、レシーバに貯留された余剰冷媒と熱交換するように配設したので、運転効率の良い空気調和機が得られる。
【００２５】
また、請求項５の発明によれば、冷媒としてＨＦＣ冷媒を使用するので、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒配管系統図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るＬＥＶ開度と逆圧開弁圧力差の関係図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る上段側ＬＥＶ及び下段側ＬＥＶ開度パルス変化のタイムチャート図である。
【図４】本発明の実施の形態１による電子リニア膨張弁の外形図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電子リニア膨張弁の内部構造図である。
【図６】従来の空気調和機の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１　圧縮機、　２　四方切替え弁、　３　室外熱交換器、　４ａ，４ｂ　電子リニア膨張弁、　５　室内熱交換器、　６　吐出配管、　７　レシーバ、　８　吐出温度サーミスタ、　９　吸入配管、　１０　室外熱交換器温度サーミスタ、１１　室内熱交換器温度サーミスタ、　２１　弁本体、　２２　電磁コイル、２３　リード線、　２４　横銅管、２５　下銅管、　２６　弁座、　２７　弁棒、　２８　空間部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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