(57)【要約】【課題】気液分離サイクルにおいて封入冷媒量を維持しながら気液分離効率を上げることで性能が向上した空気調和機を提供する。【解決手段】室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、その出口の管路が一系統となるような管路構成、あるいは管路が一系統となるような補助熱交換器を設けた。【選択図】　図１
2004101150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、この圧縮機に接続された運転切換弁と、この運転切換弁に接続された室外熱交換器と、この室外機に接続された絞り装置と、この絞り装置接続された気液分離器と、この気液分離機及び前記運転切換弁に接続された室内熱交換器と、前記気液分離器と圧縮機吸込管路を接続するバイパス管路と、このバイパス管路途中に設けられた二方弁とを備えた空気調和機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、その出口の管路がこの室外熱交換器内で１系統となるような管路構成とした空気調和機。
【請求項２】
圧縮機と、この圧縮機に接続された運転切換弁と、この運転切換弁に接続された室外熱交換器と、この室外機に接続された絞り装置と、この絞り装置接続された気液分離器と、この気液分離機及び前記運転切換弁に接続された室内熱交換器と、前記気液分離器と圧縮機吸込管路を接続するバイパス管路と、このバイパス管路途中に設けられた二方弁とを備えた空気調和機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、その出口に管路が１系統となる補助熱交換器を設けた空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷暖房や除湿を行う空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和機において、絞り装置と室内熱交換器との間の管路に気液分離器を設け、冷房運転時に絞り装置により減圧した低圧冷媒を気液分離し、この分離したガス冷媒を直接圧縮機吸込側の管路へ流し、室内熱交換器へは液冷媒のみを流すことで、室内熱交換器および接続配管などの低圧側配管での圧力損失を低減して性能の向上を図ったものがある。このような空気調和機として、特開平７−１２００７６号公報（特許文献１）、特開２００２−８９９８８号公報（特許文献２）に記載されたものが知られている。この空気調和機では気液分離器から圧縮機吸込側の管路の間にバイパス管路を設け、このバイパス管路中にキャピラリーチューブおよび開閉弁を設けている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１２００７６号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００２−８９９８８号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６の破線は図７に示すような気液分離器がついていない冷凍サイクルの冷媒の流れをモリエ線図に示したものである。図７において、四方弁１２は冷房サイクルを構成するように切替えられており、圧縮機１１によって圧縮された冷媒は、実践で示すように四方弁１２、室外熱交換器１３、絞り装置１４、室内熱交換器１５の順に流れる。
【０００５】
図６において、圧縮機１１を出た冷媒は７−８−９−１０のように順次状態が変化する。この冷凍サイクルに対し、図６の実線は図８に示した上記公報に記載された従来の空気調和機の冷媒の流れをモリエ線図に示したものである。
【０００６】
図８において、圧縮機１１を出た高温高圧のガスは凝縮器１３によりモリエ線図１−２のように凝縮し、絞り装置１４により２−３で減圧される。モリエ線図の３で気液分離器１８内に流れた冷媒は４，５のようにガスと液に分離する。ガスはバイパス流路（２方弁１９とキャピラリーチューブ２０が直列接続された）を通ってキャピラリチューブ２０で５−６のように減圧され、圧縮機１１の吸込側の管路に流れる。液は４−６のように蒸発器１５により蒸発し、６でバイパスされたガスと合流して圧縮機１１へ戻る。３での二相冷媒の渇き度は約０．２であり、冷媒のガスと液の質量流量比は２０％と８０％である。このため４−６を流れる蒸発器１５内の冷媒流量は全流量の８０％となり、気液分離器１８がない冷凍サイクルに比べ圧力損失が６０〜７０％程度まで減少する。また、蒸発能力は冷媒流量が減少するものの、気液分離器１８により蒸発器１５の入口の渇き度が減少するためエンタルピー差は増大し、気液分離器１８のない冷凍サイクルでの蒸発能力とほぼ等しくなる。したがって、蒸発器１５や低圧側の接続配管の圧力損失が減少することで、圧縮機仕事が減少し、冷凍サイクルの運転効率（ＣＯＰ）が向上する。
【０００７】
ところが、この従来の空気調和機では、冷房運転時に気液分離器１８より室内側（室内熱交換器１５）へ出た冷媒の乾き度が小さいため、気液分離器１８がない冷凍サイクルに比べ、気液分離器１８や接続配管、蒸発器１５での液冷媒の割合が増加し、最適な封入冷媒量が増加するという問題がある。このことは、低外温時に室外機の中の液冷媒滞留量が多くなり、冷凍機油がより多く冷媒へ溶解するため潤滑不良となったり、起動時の液圧縮により圧縮機１１への負担が大きくなるため圧縮機１１の信頼性の低下を招く。また、封入冷媒量の増加は地球環境保護の観点から好ましくない。
【０００８】
本発明は上記のことを鑑みてなされたもので、本発明の目的は、気液分離器を付けることによる最適な封入冷媒量の増分を可能な限り少なくすることで圧縮機の信頼性を満足しながら効率を向上させた空気調和機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、圧縮機と、この圧縮機に接続された運転切換弁と、この運転切換弁に接続された室外熱交換器と、この室外機に接続された絞り装置と、この絞り装置接続された気液分離器と、この気液分離機及び前記運転切換弁に接続された室内熱交換器と、前記気液分離器と圧縮機吸込管路を接続するバイパス管路と、このバイパス管路途中に設けられた二方弁とを備えた空気調和機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、その出口の管路がこの室外熱交換器内で１系統となるような管路構成とすることにより達成される。
【００１０】
また上記目的は、圧縮機と、この圧縮機に接続された運転切換弁と、この運転切換弁に接続された室外熱交換器と、この室外機に接続された絞り装置と、この絞り装置接続された気液分離器と、この気液分離機及び前記運転切換弁に接続された室内熱交換器と、前記気液分離器と圧縮機吸込管路を接続するバイパス管路と、このバイパス管路途中に設けられた二方弁とを備えた空気調和機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、その出口に管路が１系統となる補助熱交換器を設けることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施例を図８に示す空気調和機の系統図に基づいて説明する。
【００１２】
図８において１１は圧縮機、１２は冷房サイクルと暖房サイクルを切換える運転切換弁である四方弁、１３は室外熱交換器、１４は冷房運転及び暖房運転の時に絞り作用を行う電動膨張弁等の絞り装置、１５は室内熱交換器である。また、１８は気液分離器、１９は全閉可能な二方弁、２０はキャピラリーチューブ等の減圧装置である。１９、２０は全閉可能な電動膨張弁等で代用も可能である。
【００１３】
これらは、冷媒配管により順次接続されて冷凍サイクルを構成する。ただし、１９、２０を含む管路は気液分離器１８と圧縮機１１の吸込管路を結ぶバイパス管路となっている。
【００１４】
以上のように構成された空気調和機の動作について説明する。冷房運転時、冷媒は図８の実線矢印の方向に流れる。圧縮機１１で圧縮された冷媒は室外熱交換器１３で凝縮して空気へ放熱し、絞り装置１４によって減圧膨張し、気液分離器１８により液とガスに分離される。液冷媒は室内熱交換器１５で蒸発して空気から吸熱して圧縮機１１へ戻り、ガス冷媒は二方弁１９を開くことで、キャピラリーチューブ２０によって圧縮機１１へ液が戻らない最適な減圧量で減圧され圧縮機へ戻る。
【００１５】
上記動作をする空気調和機において、室外熱交換器１３の管路構成を図１と図２で比較する。冷媒は実線矢印の方向に流れる。流れは管路２１で２系統に別れ、その後管路２２、２３で４系統となり、管路２４で再び２系統となる。図２は熱交換器を出た後に１系統に合流するが、図１は管路２４で凝縮した液冷媒が熱交換器下部で１系統に合流することで、流速が上がって管内熱伝達率が高くなり、図２よりも過冷却度が十分取れた状態となる。
【００１６】
気液分離器１８がない最適な冷媒量による冷凍サイクルを図９のモリエ線図の破線に示す。仮にこれと同じ冷媒量で気液分離器１８を設け、室内側への液冷媒の割合を増加すると、気液分離サイクルにより蒸発側のエンタルピー差が広がっても、冷媒流量が低下するため、冷媒不足の冷凍サイクルとなり冷房能力は低下する。このためモリエ線図は図９の実線のように凝縮圧力、過冷却度が減少すし、性能は低下してしまう。このため封入冷媒量を増やす必要が生じる。
【００１７】
しかし、封入冷媒量の増加は、低外温時に室外機の中の液冷媒滞留量が多くなり、冷凍機油がより多く冷媒へ溶解するため潤滑不良となったり、起動時の液圧縮により圧縮機への負担が大きくなるため圧縮機の信頼性の低下を招く。また、封入冷媒量の増加は地球環境保護の観点から好ましくない。したがって上述した過冷却度が十分取れる図１の管路構成にすることで封入冷媒量の増分を抑えることができる。例えば、定格冷房能力２．８ｋＷのセパレート型ルームエアコンの場合を図１０に示す。図は横軸に冷媒追加量、縦軸に運転効率（ＣＯＰ）向上率をとったもので、実線４０は図１の管路構成、破線４１は図２の管路構成である。このグラフより図１の管路構成では図２に比べ冷媒量が約５０ｇ少なくても同等の運転効率（ＣＯＰ）向上率であることがわかる。
【００１８】
暖房運転時、冷媒は図８の破線矢印の方向に流れる。二方弁１９は閉じる。圧縮機１１で圧縮された冷媒は室内熱交換器１５で凝縮して空気へ放熱し、絞り装置１４によって減圧膨張し、室外熱交換器１３で蒸発して空気から吸熱して圧縮機１１へ戻る。このとき気液分離器１８内部には凝縮した液冷媒が滞留する。ルームエアコン等では室内熱交換器は通常室外熱交換器よりも小さいので暖房運転時の最適冷媒量は冷房運転時よりも少ない。したがって気液分離器１８が受液器の役割を果たすことで、冷房運転と暖房運転で冷媒量を調節でき、最適な運転状態にすることができる。
【００１９】
上記動作をする空気調和機において、室外熱交換器１３の管路構成を図１と図２で比較する。冷媒は破線矢印の方向に流れる。図１では管路２５の１系統から管路２４の２系統、図２では入口で管路２４の２系統となる。その後管路２２、２３で４系統となり、管路２１で再び２系統となる。
【００２０】
図２の管路構成に比べ図１の管路構成では入口の管路が１系統であるためガス冷媒の圧力損失が大きくなる。しかし、室外熱交換器１３が１系統の管路に比べて十分大きく、入口の二相冷媒の乾き度が小さいので、圧力損失の影響は少なくなり、気液分離器１８により冷媒量が最適に調整されるため性能の低下は、ほとんど問題ない。
【００２１】
したがって、図１の管路構成にすることで、暖房運転時に性能低下することなく、冷房運転時に気液分離器を付けることによる最適な封入冷媒量の増分を可能な限り少なくするできる。
【００２２】
本実施例では、室外熱交換器１３の管路構成を図１のように冷房運転時の入口管路を管路２２、管路２３の４系統としたが、図３のように冷房運転時の入口管路を管路２７の２系統とし、出口管路２８を１系統としたり、図４のように冷房運転時の入口管路を管路２９、３０の４系統とし、出口管路３１を１系統としてもよい。
【００２３】
次に、本発明の第二の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例における空気調和機の系統図は第一の実施例と同様である。図５は本発明における室外熱交換器の具体的構成の別の例を示したものである。
【００２４】
冷房運転時、冷媒は図５の実線矢印の方向に流れる。流れは管路２１で２系統に別れ、その後管路２２、２３で４系統となり、管路２４で再び２系統となる。その後管路２４で凝縮した液冷媒は補助熱交換器２６で１系統に合流することで、流速が上がって管内熱伝達率が高くなり、過冷却度が十分取れた状態となる。第一の実施例と比較して１系統の管路を別体の補助熱交換器としたため、室外熱交換器１３の管路と伝熱管を異なるものにすることができる。例えば補助熱交換器の管径を小さくすれば、さらに管内熱伝達率が高くなり過冷却度を取ることができるので、冷房運転時の封入冷媒量の増加を抑えることができる。
【００２５】
暖房運転時、冷媒は図５の破線矢印の方向に流れる。流れは入口で補助熱交換器２６の１系統となる。その後２系統の管路２４を通って管路２２、２３で４系統となり、管路２１で再び２系統となる。補助熱交換器は１系統であるためガス冷媒の圧力損失が大きくなる。しかし、室外熱交換器１３が１系統の管路に比べて十分大きく、入口の二相冷媒の乾き度が小さいので、圧力損失の影響は少なくなり、気液分離器１８により冷媒量が最適に調整されるため性能の低下は、ほとんど問題ない。
【００２６】
したがって、図５の管路構成にすることで、暖房運転時に性能低下することなく、冷房運転時に気液分離器を付けることによる最適な封入冷媒量の増分を可能な限り少なくするできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の実施の形態から明らかなように、本発明によれば、室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、その出口の管路が一系統となるような管路構成、あるいは管路が一系統となるような補助熱交換器を設けることで、気液分離器を付けることによる最適な封入冷媒量の増分を可能な限り少なくするでき、圧縮機の信頼性を満足しながら効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例における室外熱交換器の管路構成図。
【図２】本発明の第一の実施例における室外熱交換器の管路構成図。
【図３】本発明の第一の実施例における室外熱交換器の管路構成図。
【図４】本発明の第一の実施例における室外熱交換器の管路構成図。
【図５】本発明の第二の実施例における室外熱交換器の管路構成図。
【図６】気液分離サイクルと通常サイクルの動作を示すモリエ線図。
【図７】気液分離器がない空気調和機の系統図。
【図８】気液分離器を有する空気調和機の系統図。
【図９】本発明の第一の実施例における動作を示すモリエ線図。
【図１０】本発明の第一の実施例における冷媒追加量とＣＯＰ効率向上率の関係図。
【符号の説明】
１１…圧縮機、１２…四方弁、１３…室外熱交換器、１４…絞り装置、１５…室内熱交換器、１８…気液分離器、１９…二方弁、２０…キャピラリーチューブ。
【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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【図７】
2004101150.tif 000009
【図８】
2004101150.tif 000010
【図９】
2004101150.tif 000011
【図１０】
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