(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、冷房運転と暖房運転とを切替える四方弁と、暖房運転時に蒸発器として動作する第１の熱交換器と、膨張弁と、暖房運転時に凝縮器として動作する第２の熱交換器と、アキュムレータとを冷媒配管により接続し、使用する冷媒が混合冷媒である冷媒回路において、
前記膨張弁と前記第２の熱交換器との間の冷媒配管から分岐する第１のバイパス用配管と、
前記膨張弁と前記弟１のバイパス用配管の分岐点との間の冷媒配管から分岐する第２のバイパス用配管と、
前記第１のバイパス用配管と前記第２のバイパス用配管とに接続された冷媒量調整用タンクと、
前記第２のバイパス用配管に設けられ、前記冷媒量調整用タンクへの冷媒の流れを阻止する逆止弁と、
を備えた冷媒回路。
【請求項２】
第２のバイパス用配管の径が第１のバイパス用配管の径よりも小径であることを特徴とする請求項１に記載の冷媒回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合冷媒を使用する冷凍サイクルの冷媒量の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプに利用される、圧縮機、四方弁、熱交換器、膨張弁、アキュムレータからなる従来の冷凍サイクルとして、特開平７−１２０１１９号公報に記載されたものを図２に示す。図２において、１０１は圧縮機、１０２は冷房運転時と暖房運転時の冷媒の流れを変える四方弁、１０３は室内熱交換器、１０４〜１０７は逆止弁、１０８は受液器、１０９は膨張弁、１１０は室外熱交換器、１１１は室内送風ファン、１１２は室外送風ファンである。
次に動作について説明する。
冷房運転時、圧縮機１０１で圧縮された冷媒は、四方弁１０２を通って室外熱交換器１１０に流れ、逆止弁１０４、受液器１０８、膨張弁１０９、逆止弁１０７、室内熱交換器１０３を順次流れて、四方弁１０２を介して圧縮機１０１へ戻ってくる。
また、暖房運転時においては、圧縮された冷媒は圧縮機１０１から四方弁１０２を通って室内熱交換器１０３に流れ、逆止弁１０５、受液器１０８、膨張弁１０９、逆止弁１０６、室外熱交換器１１０を順次流れて、四方弁１０２を介して圧縮機１０１へ戻ってくる。
ここで、運転時に冷媒回路に必要な冷媒を比較すると、一般的には室外熱交換器１１０の方が室内熱交換器１０３よりも冷媒を凝縮する効率が良いので冷媒が通る部分の内容積を小さくすることができ、暖房運転時の方が冷房運転時よりも必要な冷媒は少なくて済む。
そして、膨張弁１０９の手前に設けた受液器１０８は、冷媒液を溜めることにより、冷房運転時と暖房運転時の必要な冷媒量の差を調整するものである。
【０００３】
ここで、図２の冷媒回路の冷凍サイクルをｐ−ｈ線図で表すと、図３のようになる。この図において、ａ−ｂ間は圧縮機１０１による圧縮行程、ｂ−ｃ間は熱交換器１０３もしくは１１０による凝縮行程、ｃ−ｄ間は膨張弁１０９による膨張行程、ｄ−ａ間は熱交換器１１０もしくは１０３による蒸発行程を示す。
このとき、この冷媒回路の受液器１０８には冷媒液と冷媒ガスが混在しているため、図３の点ｃに示すように、受液器内部の冷媒は飽和液状態となっている。この飽和液冷媒は、受液器１０８を出た後、図示されない液配管やストレーナ、液ライン電磁弁と、膨張弁１０９を通り、蒸発器に流れ込むが、過冷却されてないため、液配管等に抵抗が有る場合は、冷媒液と冷媒ガスが混在したフラッシュガス状態となりやすい。冷媒がフラッシュガス状態となると、膨張弁１０９を流れる冷媒量が著しく減少するため、所定の冷凍能力が得られなくなる。
【０００４】
解決策として、熱交換器の液出口側の冷媒配管にバイパス配管を介して冷媒量調整用タンクを設け、一時的に余剰冷媒液を溜め込む方法が有る。
図４は、別の従来の空冷ヒートポンプチラーにおける基本的な冷媒回路の一例である。
この図において、２０１は圧縮機、２０２は冷暖房運転時に冷媒の流れを切替える四方弁、２０３は空気側熱交換器、２０４は膨張弁、２０５は水側熱交換器、２０６はアキュムレータ、２０８は水側熱交換器２０５の液出口側の冷媒配管にバイパス配管２０７を介して設けた冷媒量調整用タンクである。
【０００５】
次に、この冷媒回路の動作について説明する。
冷房運転時、圧縮機２０１で圧縮された冷媒は、四方弁２０２を通って空気側熱交換器２０３、膨張弁２０４、水側熱交換器２０５を通り、四方弁２０２を通ってアキュムレータ２０６を介して圧縮機２０１へ戻ってくる。
また、暖房運転時においては、圧縮機２０１で圧縮された冷媒は、四方弁２０２を通って、水側熱交換器２０５、膨張弁２０４、空気側熱交換器２０３を通り、四方弁２０２を通ってアキュムレータ２０６を介して圧縮機２０１へ戻ってくる。
ここで、冷房運転時と暖房運転時で冷媒回路に必要な冷媒量を比較すると、水側熱交換器２０５の方が空気側熱交換器２０３より冷媒を凝縮する効率が良いので、熱交換器の冷媒側における内容積を小さくすることができ、冷房運転時よりも暖房運転時の方が冷媒回路に必要な冷媒量は少なくて済み、余剰分の冷媒液は、バイパス配管２０７を介して冷媒量調整用タンク２０８に流れ込んで貯留される。このとき、冷媒量調整用タンク２０８内は、冷媒液で満たされる。
また、暖房運転後に、冷房運転に切替えると、今度は逆に冷媒回路に必要な冷媒量が不足するため、冷媒量調整用タンク２０８内に貯留した冷媒液が冷媒回路に流れ込み、不足分を補うこととなる。このとき、冷媒量調整用タンク２０８内は冷媒ガスのみとなる。
【０００６】
すなわち、この冷媒回路では、暖房運転時において必要な冷媒量は冷房運転時の必要量よりも少なくなるので、余剰分は冷媒量調整用タンク２０８に流れ込む。逆に、冷房運転時には冷媒量が不足し、冷媒量調整用タンク２０８から流れ出す冷媒が不足分を補う。
【０００７】
なお、冷媒量調整用タンク２０８の容量は、暖房運転時の余剰冷媒液量で決められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の方法では、例えば、冷媒として、ＨＦＣ１３４ａ、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５を定まった比率で混合した混合冷媒：ＨＦＣ４０７Ｃを使用した場合に以下のような問題が発生する。
まず、アキュムレータ２０６内に冷媒液が溜まった状態で暖房を開始する場合について説明する。
停止中は、アキュムレータ２０６内部に溜まった冷媒液は、その成分の内で最も凝縮しやすいＨＦＣ１３４ａが多い組成となっており、アキュムレータ２０６を除いた冷媒回路内の冷媒は、残りの成分であるＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が多い組成となっているので、暖房運転を開始すると、冷媒量調整用タンク２０８に流れ込む余剰冷媒液も、ＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が多い組成となってしまう。
その結果、冷媒量調整用タンク２０８を除く冷媒回路内において、ＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が減少し、その一方で、ＨＦＣ１３４ａを多く含むアキュムレータ２０６内の液冷媒が蒸発して冷媒回路内を流れるので、冷媒量調整用タンク２０８を除く冷媒回路内の冷媒はＨＦＣ１３４ａが多い組成となり、冷媒の特性上、冷凍能力は減少傾向となる。
【０００９】
次に、アキュムレータ２０６内に冷媒液が溜まってない状態で暖房運転を開始する場合について、説明する。
停止中は、冷媒回路内の冷媒は標準の組成であるが、暖房運転を開始すると、始動時の過渡的状態では、水側熱交換器２０５で、凝縮し易いＨＦＣ１３４ａが他の成分であるＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５よりも先に液化するので、冷媒量調整用タンク２０８に流れ込む余剰冷媒液はＨＦＣ１３４ａが多い傾向となる。
その結果、冷媒量調整用タンク２０８を除く冷媒回路内の冷媒は、残りの成分であるＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が多い組成となってしまい、冷媒の特性上、冷凍能力は増加傾向となる。
しかしながら、高圧圧力も上昇傾向となってしまうので、高圧圧力上昇を回避するために圧縮機２０１の吐出口と四方弁２０２との間の冷媒配管に設けられる保護装置である、図示されない高圧開閉器の作動による警報発令及び運転停止が起こり易くなってしまう。
【００１０】
また、運転状況によっては、冷媒量調整用タンク２０８内に冷媒ガスと冷媒液が同時に貯留される。このとき、冷媒量調整用タンク２０８内の冷媒ガスは蒸発し易いＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が標準組成よりも多くなり、冷媒量調整用タンク２０８を除く冷媒回路内の冷媒においてＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が減少する。すなわち、冷媒量調整用タンク２０８を除く冷媒回路内の冷媒組成は、冷媒量調整用タンク２０８内の冷媒ガス量により変化するので、それに伴って冷凍能力が変化してしまうという問題が生じる。
【００１１】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、冷媒回路中を流れる混合冷媒の組成を標準組成に保つことを目的としたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
圧縮機と、冷房運転と暖房運転とを切替える四方弁と、暖房運転時に蒸発器として動作する第１の熱交換器と、膨張弁と、暖房運転時に凝縮器として動作する第２の熱交換器と、アキュムレータとを冷媒配管により接続し、使用する冷媒が混合冷媒である冷媒回路において、前記膨張弁と前記第２の熱交換器との間の冷媒配管から分岐する第１のバイパス用配管と、前記膨張弁と前記弟１のバイパス用配管の分岐点との間の冷媒配管から分岐する第２のバイパス用配管と、前記第１のバイパス用配管と前記第２のバイパス用配管とに接続された冷媒量調整用タンクと、前記第２のバイパス用配管に設けられ、前記冷媒量調整用タンクへの冷媒の流れを阻止する逆止弁と、を備えたものである。
【００１３】
【００１４】
また、第２のバイパス用配管の径が第１のバイパス用配管の径よりも小径である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１を示す空冷ヒートポンプチラーにおける基本的な冷媒回路の一例である。
図において、１は圧縮機、２は冷暖房運転時に冷媒の流れを切替える四方弁、３は空気側熱交換器、４は膨張弁、５は水側熱交換器、６はアキュムレータ、８はバイパス配管７を介して設けた冷媒量調整用タンク、９は冷媒量調整用タンク８に溜まった冷媒液を冷媒回路に戻す、逆止弁１０を有するバイパス配管である。このバイパス配管９にはバイパス配管７より小径の管を用い、例えば、バイパス配管７に外径９．５２ｍｍの管を用いた場合に、バイパス配管９には、外径６．４ｍｍの管を用いる。
なお、この冷媒回路においては、冷媒は非共沸の混合冷媒ＨＦＣ４０７Ｃを用いる。
【００１６】
次にこの冷媒回路の動作について説明する。
図１の冷媒回路において、暖房運転時において余剰分はバイパス配管７を介して冷媒量調整用タンク８に流れ込み、冷房運転時には冷媒量調整用タンク８から流れ出す冷媒が不足分を補う点は、従来の技術を示す図４の冷媒回路と同じである。
異なる点は、暖房運転時に、冷媒回路の主配管におけるバイパス配管９取付位置の圧力がバイパス配管７取付位置の圧力より低いことを利用して、冷媒量調整用タンク８の上部に設けられた逆止弁１０を有するバイパス配管９を通じ、冷媒量調整用タンク８に溜まった冷媒の一部を、常時、冷媒回路に戻している点である。
【００１７】
ここで、アキュムレータ６内に液冷媒が溜まった状態で運転を停止しているものと想定する。このとき、アキュムレータ６内部に溜まった冷媒液は、その成分の内で最も凝縮しやすいＨＦＣ１３４ａが多い組成となっている。したがって、アキュムレータ６を除いた冷媒回路内の冷媒は、残りの成分であるＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が多い組成となっている。
したがって、この状態で暖房運転を開始すると、冷媒量調整用タンク８に流れ込む余剰冷媒液もＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が多い組成である。
一方、ＨＦＣ１３４ａを多く含むアキュムレータ６内の液冷媒が蒸発して冷媒回路内を流れるので、冷媒量調整用タンク８を除く冷媒回路内の冷媒はＨＦＣ１３４ａが多い組成となる。
ここで、冷媒回路の主配管におけるバイパス配管７とバイパス配管９の取付位置の圧力差を利用して、冷媒量調整用タンク８に溜まったＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５が多い組成の冷媒液の一部は、冷媒量調整用タンク８の上部に設けられた逆止弁１０を有するバイパス配管９を通じて冷媒回路に戻されるので、時間経過と共にＨＦＣ１３４ａが多い組成の冷媒と混じり合い、運転安定時には冷媒回路内の冷媒は標準組成に戻る。
このとき、バイパス配管９を通じて冷媒回路に戻される冷媒量は、バイパス配管９の径をバイパス配管７よりも小さくすることで調整し、暖房運転安定時において冷媒量調整用タンク８に一定量の余剰冷媒を確保できるように設定する。
【００１８】
次に、アキュムレータ６内に液冷媒が溜まってない状態で運転を停止しているものと想定する。このとき、冷媒回路内の冷媒は標準組成である。
この状態で暖房運転を開始すると、始動時の過渡的状態においては、水側熱交換器５において、凝縮し易いＨＦＣ１３４ａが他の成分であるＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５よりも先に液化するので、冷媒量調整用タンク８に流れ込む余剰冷媒液はＨＦＣ１３４ａが多い傾向となる。
ここで、冷媒回路の主配管におけるバイパス配管７とバイパス配管９の取付位置の圧力差を利用して、冷媒量調整用タンク８の上部に設けられた逆止弁１０を有するバイパス配管９を通じ、冷媒量調整用タンク８に溜まった冷媒の一部は、膨張弁４の直前で冷媒回路に戻されるので、ＨＦＣ１３４ａが多い組成の冷媒液の一部は冷媒回路に戻り、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５が多い組成の冷媒と混じり合い、運転安定時には冷媒回路内の冷媒は標準組成に戻る。
【００１９】
また、バイパス配管９は冷媒量調整用タンク８のガス抜きの役目を果たすので、暖房運転時に余剰冷媒液を冷媒量調整用タンク８に溜める際に、バイパス配管７を介して円滑に流し込むことができる。なお、この効果については、非共沸の混合冷媒に限らず、単一冷媒及び共沸冷媒であっても同様に得られる。
【００２０】
また、この実施の形態では、暖房運転時と冷房運転時に必要とする冷媒量の差が顕著なヒートポンプチラーに関して述べているが、四方弁で冷媒の流れを変えることができる他の空調機器にもこの発明を適用できることは、言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は、凝縮器と蒸発器の役割を兼ねる第１の熱交換器と、膨張弁と、凝縮器と蒸発器の役割を兼ねる第２の熱交換器と、アキュムレータとを冷媒配管により接続した冷媒回路において、前記膨張弁と前記第２の熱交換器との間の冷媒配管に、第１のバイパス用配管を取り付け、この第１のバイパス用配管に冷媒量調整用タンクを接続し、前記膨張弁と前記第２の熱交換器との間の冷媒配管のうち、前記第１のバイパス用配管の取り付け位置よりも膨張弁側に第２のバイパス用配管を取り付け、この第２のバイパス用配管に逆止弁を設け、さらに前記冷媒量調整タンクに接続させたので、この第２のバイパス用配管が冷媒量調整用タンクのガス抜きの役目を果たし、暖房運転時に余剰冷媒液を冷媒量調整用タンクに溜める際に、円滑に冷媒を流し込むことができる。
【００２２】
また、使用する冷媒が混合冷媒である時、第２のバイパス用配管を通じて暖房運転時に流れ込んだ液の一部を常時循環させることにより、一時的に標準組成と成分比率が異なる冷媒が冷媒量調整用タンクに溜まり込むことにより、冷媒回路中の冷媒組成が変化しても、定常運転時には標準組成に戻すことができる。
【００２３】
また、第２のバイパス用配管の径が第１のバイパス用配管の径よりも小径であることにより、暖房運転時に冷媒量調整用タンクから第２のバイパス用配管を通じて冷媒回路へ戻す冷媒量を調整し、定常運転時には冷媒量調整用タンク内の冷媒量を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１を示す、空冷ヒートポンプチラーにおける基本的な冷媒回路の一例である。
【図２】  従来の技術を示す、特開平７−１２０１１９号公報記載の基本的な冷媒回路の一例である。
【図３】  特開平７−１２０１１９号公報記載の冷媒回路を説明するｐ−ｈ線図である。
【図４】  別の従来の技術を示す、空冷ヒートポンプチラーにおける基本的な冷媒回路の一例である。
【符号の説明】
１  圧縮機、  ２  四方弁、  ３  空気側熱交換器、  ４  膨張弁、  ５  水側熱交換器、  ６  アキュムレータ、  ７  バイパス配管、  ８  冷媒量調整用タンク、  ９  バイパス配管、  １０  逆止弁。
【図１】
0004848608.tif 000002
【図２】
0004848608.tif 000003
【図３】
0004848608.tif 000004
【図４】
0004848608.tif 000005