(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室内熱交換器、室内膨張弁、室外膨張弁、室外熱交換器とを冷媒配管により接続した冷凍サイクル装置において、前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器と冷媒配管により接続され、冷媒を貯留する受液器と、前記受液器上部のガス冷媒を通過させ前記受液器出口から流出する冷媒と混合させるバイパス管と、前記バイパス管を通過するガス冷媒の量を調整する受液器開閉弁とを備え、前記バイパス管を通過したガス冷媒と前記受液器出口から流出した冷媒が混合した冷媒を前記室内膨張弁の上流又は前記室外膨張弁の上流に切り換えて流す切替部を設け、回収運転開始前であって、前記受液器開閉弁を開にする場合に、蒸発器として作用する前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器の上流側に付設する前記室内膨張弁又は前記室外膨張弁の開度を、前記受液器開閉弁を閉にする場合と比較して大きくすることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
請求項１において、前記切替部は逆止弁で構成されたブリッジ回路であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
請求項１において、前記切替部は四方弁であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項４】
請求項１において、前記受液器の下流に過冷却器が冷媒配管により接続され、前記過冷却器の主流部入口は前記受液器の出口配管に、前記過冷却器の主流部出口は前記切替部に、前記過冷却器の副流部出口は前記四方弁と前記圧縮機吸入側とを接続する冷媒配管に、
前記過冷却器の副流部入口は過冷却用膨張弁を介して前記受液器出口に接続されたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
請求項１において、前記受液器開閉弁を前記圧縮機の起動時から所定の時間開くことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】
請求項４において、前記過冷却用膨張弁を開いて、前記バイパス管を通過したガス冷媒と前記受液器出口から流出した冷媒が混合した冷媒のかわき度を小さくするように調整した後に、前記受液器開閉弁を閉じることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項７】
圧縮機、四方弁、室内熱交換器、室内膨張弁、室外膨張弁、室外熱交換器とを冷媒配管により接続した冷凍サイクル装置において、前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器と冷媒配管により接続され冷媒を貯留する受液器と、前記受液器上部のガス冷媒を通過させ前記受液器出口から流出する冷媒と混合させるバイパス管と、前記バイパス管を通過するガス冷媒の量を調整する受液器開閉弁とを備え、前記バイパス管を通過したガス冷媒と前記受液器出口から流出した冷媒が混合した冷媒を前記室内膨張弁の上流又は室外膨張弁の上流に切り換えて流す切替部を設け、回収運転開始前であって、前記受液器開閉弁を開にする場合に、蒸発器として作用する前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器の上流側に付設する前記室内膨張弁又は前記室外膨張弁の開度を、前記受液器開閉弁を閉にする場合と比較して大きくすることを特徴とする空気調和機。
【請求項８】
請求項７において、前記切替部は逆止弁で構成されたブリッジ回路であることを特徴とする空気調和機。
【請求項９】
請求項７において、前記切替部は四方弁であることを特徴とする空気調和機。
【請求項１０】
請求項７において、前記受液器の下流に冷媒配管により過冷却器が接続され、前記過冷却器の主流部入口は前記受液器の出口配管に、前記過冷却器の主流部出口は前記切替部に、前記過冷却器の副流部出口は前記四方弁と前記圧縮機吸入側とを接続する配管に、前記過冷却器の副流部入口は過冷却用膨張弁を介して前記受液器出口に接続されたことを特徴とする空気調和機。
【請求項１１】
請求項７において、前記受液器開閉弁を前記圧縮機の起動時から所定の時間開くことを特徴とする空気調和機。
【請求項１２】
請求項１０において、前記過冷却用膨張弁を開いて、前記バイパス管を通過したガス冷媒と前記受液器出口から流出した冷媒が混合した冷媒のかわき度を小さくするように調整した後に、前記受液器開閉弁を閉じることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等の冷凍サイクル装置に関するものであり、特に液冷媒を貯留する受液器が室内熱交換器と室外熱交換器に配管で接続されたものに適している。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルの起動時及び除霜運転の切替え時等の過渡的な運転の場合、圧縮機の吸入側に液冷媒が戻り易くなるため、従来の冷凍サイクルでは、圧縮機の手前にアキュムレータを配置し、アキュムレータ内に液冷媒を貯留させ、圧縮機の吸入側に戻る液冷媒量をある一定量以下にして、液圧縮の防止を図っていた。しかしながら、アキュムレータを配置することは、圧力損失増大による性能低下や、油と液冷媒の二相分離が生じる弊害もあり、本来的にはアキュムレータレスの構成が望ましい。しかし、アキュムレータを外した場合は、冷凍サイクルの起動時や除霜運転の切替え時に冷媒が蒸発器で十分気化されずに液冷媒として圧縮機の吸入側に戻り易くなるため、圧縮機の信頼性低下を招く。
【０００３】
これに対して、アキュムレータレスの冷凍サイクル構成を成立させるための手段として、特許文献１に記載の方法によれば、圧縮機、凝縮器、受液器、減圧弁及び蒸発器を接続してなる冷媒回路で、且つ前記減圧弁がいかなる運転モードにおいても受液器の下流側となるように構成された冷凍サイクルにおいて、受液器上部のガス空間と減圧弁の下流側となる液ラインとを接続するバイパス回路とバイパス回路を開閉する常時閉の開閉弁を設け、圧縮機の起動時や除霜運転の切替え時に前記開閉弁を開状態にして、受液器上部のガス冷媒を減圧弁の下流側すなわち蒸発器の入口側に流すことにより、凝縮器内の液冷媒を受液器内に移動して貯留させると共に、蒸発器から戻る冷媒のかわき度を大きくすることができ、アキュムレータレスの場合でも圧縮機の吸入側に戻る液冷媒量を抑制することが可能となり、液圧縮の防止を図ることができる方法が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、受液器には、気液流量調整手段として、受液器の上部から受液器の前後の配管に対してバイパスするようにバイパス管が設けられており、それぞれの配管には開閉弁が設けられ、受液器の上部からそれぞれの配管には開閉弁それぞれのバイパス管に接続する配管の途中には、受液器から流出するガス流量を調整するためのガス流量調整装置が設けられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３３２６４４号公報（第２図）
【特許文献２】特許第３３３１１０２号（第００２７段落及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のものでは、受液器頭頂部のガス冷媒を膨張弁の下流側にバイパスするため、圧縮機の運転容量が小さい場合や蒸発温度が低い場合等の冷凍サイクル内の冷媒循環量が少ない場合に対して、以下に示す課題が生じる。すなわち、膨張弁の上流側に流入する冷媒は受液器から流出される液冷媒であるため、冷媒循環量が少ない場合は膨張弁の開度を絞り気味で使用しなければならない。このため、膨張弁の開度調整を行う場合は、開度に対して流量特性が敏感な所を使用するため、膨張弁の開度調整中に開度調整が上手くいかず液冷媒が戻り易くなる場合があり、冷凍サイクルが不安定になるばかりか圧縮機に対して液戻り量が増加し液圧縮を招く場合も発生する。
【０００７】
特許文献２のものでは、冷房、暖房共に受液器からガス冷媒を抜く構成となっており、開閉弁を２個使用しており、サイクルが複雑化している。また、冷房あるいは暖房運転中にガス冷媒を受液器から抜くために開動作する開閉弁以外の開閉弁には、流れ方向と反対に圧力がかかるため、チャタリングが発生する。
【０００８】
本発明の目的は、冷凍サイクルの起動時、除霜時、停止時等の過渡的な運転状態において圧縮機への液戻り量を簡易な構成で抑制し、液圧縮による故障を低減することにある。
【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、本発明の一実施態様によれば、冷凍サイクル装置を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、室内膨張弁、室外熱交換器とを冷媒配管により接続した冷凍サイクル装置において、室内熱交換器及び室外熱交換器と冷媒配管により接続された受液器と、受液器上部のガス冷媒を通過させ前記受液器出口から流れた液冷媒と混合させるバイパス管と、バイパス管を通過するガス冷媒の量を調整する受液器開閉弁とを備え、バイパス管を通過したガス冷媒と受液器出口から流出した冷媒が混合した冷媒を前記室内膨張弁の上流又は室外膨張弁の上流に切り換えて流す切替部を設け、回収運転開始前であって、前記受液器開閉弁を開にする場合に、蒸発器として作用する前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器の上流側に付設する前記室内膨張弁又は前記室外膨張弁の開度を、前記受液器開閉弁を閉にする場合と比較して大きくする構成としている。
【００１０】
さらに、切替部は逆止弁で構成されたブリッジ回路又は四方弁とすることが望ましい。さらに、受液器の下流に冷媒配管により過冷却器が接続され、過冷却器の主流部入口は受液器の出口配管に、過冷却器の主流部出口は前記切替部に、過冷却器の副流部入口は四方弁と圧縮機吸入側とを接続する配管に、過冷却器の副流部出口は受液器出口に配管接続された構成とすることが望ましい。さらに、受液器開閉弁を前記圧縮機の起動時から所定の時間開くことが望ましい。さらに、過冷却用膨張弁を開いて、バイパス管を通過したガス冷媒と受液器出口から流出した冷媒が混合した冷媒のかわき度を小さくするように調整した後に、受液器開閉弁を閉じることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で冷凍サイクル装置の液圧縮による故障を低減し、冷凍サイクル装置の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態を示す冷凍サイクルのブロック図である。図１に示す冷凍サイクルは、圧縮機１、主四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４で構成される室外機と、室内膨張弁８、室内熱交換器９で構成される室内機を、液阻止弁７とガス阻止弁１０を介して配管接続した構成となっている。室外膨張弁４と室内膨張弁８の間には、逆止弁４個で構成されたブリッジ回路（切替部）５が設けられ、ブリッジ回路５の中で一方向に冷媒が流れる回路内に冷凍サイクルで余剰と成った液冷媒を貯留するための受液器６を設け、受液器６の出口側とブリッジ回路５とを接続する配管の途中に、ある一定の減圧効果を有する減圧装置１１を設け、減圧装置１１とブリッジ回路５を接続する配管の途中に、受液器６の頭頂部からガス冷媒を流すための受液器バイパス回路１２を設け、受液器バイパス回路１２の途中に常時閉の受液器開閉弁１３が設けられている。ここで、ブリッジ回路とは、並列に配置した冷媒回路の中点同士を配管等により接続した冷媒回路である。また、圧縮機１には圧縮機１の起動及び停止を制御するための起動停止制御手段２１が設けられ、主四方弁２には蒸発器として作用する熱交換器に霜が付着した場合に熱交換器の霜を融解させるための除霜運転モードに切替るための除霜制御手段２２が設けられ、受液器開閉弁１３には起動停止制御２１及び除霜制御手段２２の信号を元に任意に弁を開閉するための開閉弁制御手段２３が設けられている。
【００１４】
次に、本発明の冷凍サイクルの運転モードについて説明する。  本図に示す実線矢印は暖房運転時における冷媒の流れを示し、破線矢印は冷房運転時における冷媒の流れを示している。暖房運転時は、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒が主四方弁２、ガス阻止弁１０を通過して室内熱交換器９に流入し、室内熱交換器９を通過する空気と熱交換して凝縮液化して室内膨張弁８に流入する。室内膨張弁８では、室内熱交換器９出口の冷媒過冷却量をある一定値となるように調整され液阻止弁７を通りブリッジ回路５に流入する。ブリッジ回路５に流入した液冷媒は受液器６に送られ、冷凍サイクルで不要となった液冷媒が貯留され、受液器６下部の液冷媒を吸出して減圧装置１１に送られる。減圧装置１１に送られた冷媒は一定量だけ減圧され、再びブリッジ回路５に流入し室外膨張弁４に送られる。室外膨張弁４に送られた冷媒は、室外熱交換器３で蒸発できる圧力まで減圧され室外熱交換器３に流入し、室外熱交換器３を通過する空気と熱交換して蒸発ガス化して流出し、主四方弁２を通過して圧縮機１に戻ることで冷凍サイクルが形成される。
【００１５】
また、冷房運転時は、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒が主四方弁２を通過し室外熱交換器３に流入し、室外熱交換器３を通過する空気と熱交換して凝縮液化して室外膨張弁４に流入する。室外膨張弁４では、室外熱交換器３出口の冷媒過冷却量をある一定値となるように調整されブリッジ回路５に流入する。ブリッジ回路５に流入した液冷媒は受液器６に送られ、冷凍サイクルで不要となった液冷媒が貯留され、受液器６下部の液冷媒を吸出して減圧装置１１に送られる。減圧装置１１に送られた冷媒は一定量だけ減圧され、再びブリッジ回路５に流入し液阻止弁７を通過して室内膨張弁８に送られる。室内膨張弁８に送られた冷媒は、室内熱交換器９で蒸発できる圧力まで減圧され室内熱交換器９に流入し、室内熱交換器９を通過する空気と熱交換して蒸発ガス化して流出し、ガス阻止弁１０、主四方弁２を通過して圧縮機１に戻ることで冷凍サイクルが形成される。
【００１６】
また、冷房運転及び暖房運転において、圧縮機１の起動時及び停止時や除霜運転への切替時または除霜運転から通常運転への切替時においては、受液器開閉弁１３を開いて受液器６頭頂部のガス冷媒を受液器バイパス回路１２に流す回路構成となる。受液器６内の圧力と受液器バイパス回路１２の出口圧力は、受液器６出口から流出した液冷媒が減圧装置１１を流れることで発生する圧力損失分だけ受液器バイパス回路１２の出口圧力が低下した状態となる。この圧力差により、受液器バイパス回路１２に対して受液器６の頭頂部にあるガス冷媒が流れ、減圧装置１１から流出する気液二相状態の冷媒と合流してさらにガス量の多い冷媒かわき度となり、ブリッジ回路５を通り蒸発器として作用する熱交換器の上流側に付設する膨張弁に流入させることができる。
【００１７】
次に、受液器開閉弁１３を開いた場合と閉じた場合の冷凍サイクルの状態を図２に示すモリエル線図により説明する。図２において、実線で示される冷凍サイクルは受液器開閉弁１３を閉じた場合を示し、破線で示される冷凍サイクルは受液器開閉弁１３を開いた場合を示す。受液器開閉弁１３を閉じた場合は、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は点ａとなり、凝縮器で凝縮液化して点ｂとなり、凝縮器として作用する熱交換器の下流側に付設する膨張弁により減圧され、点ｃの飽和液状態となり受液器に流入する。受液器６から流出した冷媒は、減圧装置１１及び蒸発器として作用する熱交換器の上流側に付設する膨張弁により減圧され点ｄの状態となり、蒸発器で蒸発ガス化して点ｅの状態となり、再び圧縮機１で圧縮される。この時、蒸発器に流入する点ｅの冷媒のかわき度Ｘ1は、圧縮機１の液圧縮防止限界かわき度よりも小さい値となる。一方、受液器開閉弁１３を開いた場合は、受液器６頭頂部からガス冷媒を抜いているため、受液器６内に貯留される液冷媒量が増加し、冷凍サイクル内を流れる有効冷媒量が減少するため、受液器開閉弁１３を閉じた場合と比較して高圧側の運転圧力が低下する。すなわち、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は点ａ'となり、凝縮器で凝縮液化して点ｂ'となり、凝縮器として作用する熱交換器の下流側に付設する膨張弁により減圧され、点ｃ'の気液二相状態となり受液器６に流入する。点ｃ'の冷媒状態は、受液器バイパス回路１２を流れるガス冷媒量と受液器６出口から流出し減圧装置１１を流れる液冷媒量の比に相当する冷媒かわき度となる。そして、受液器６から流出した冷媒は、減圧装置１１及び蒸発器として作用する熱交換器の上流側に付設する膨張弁により減圧され点ｄ'の状態となり、蒸発器で蒸発ガス化して点ｅ'の状態となり、再び圧縮機１で圧縮される。この時、蒸発器に流入する点ｅ'の冷媒のかわき度Ｘ２は、受液器開閉弁１３を閉じた場合の点ｅの冷媒かわき度Ｘ１や圧縮機１の液圧縮防止限界かわき度よりも大きい値となるように、受液器バイパス回路１２を流れるガス冷媒量が調整されるように減圧装置１１の減圧量が調整されている。
【００１８】
次に、蒸発器として作用する熱交換器の上流側に付設する膨張弁の開度と流量の特性について説明する。図３は、本発明の一実施形態で用いられる膨張弁の流量特性図である。横軸は膨張弁開度、縦軸は流量を表している。図中において、実線は受液器開閉弁１３が閉状態の場合の流量特性を表し、破線は、受液器開閉弁１３が開状態の場合の流量特性を表す。流量Ｑ１における膨張弁開度は、受液器開閉弁１３が閉状態の場合でＶ１、受液器開閉弁１３が開状態の場合でＶ３となり、Ｖ１＜Ｖ３の関係となる。流量をＱ２に増やした場合は、受液器開閉弁１３が閉状態の場合でＶ２、受液器開閉弁１３が開状態の場合でＶ４となり、Ｖ２＜Ｖ４の関係となる。ここで、膨張弁を流れる流量をＱ１からＱ２に変えるために必要な膨張弁開度の差分は、受液器開閉弁１３が閉状態の場合で（Ｖ２−Ｖ１）、受液器開閉弁１３が開状態の場合で（Ｖ４−Ｖ３）となり、（Ｖ２−Ｖ１）＜（Ｖ４−Ｖ３）の関係となる。すなわち、受液器開閉弁１３を開にした場合は、受液器開閉弁１３を閉にした場合と比較して、同じ流量を流すためには膨張弁開度を大きくする必要があり、且つ同じ流量だけ増加させるためには膨張弁開度の変化幅を大きくする必要がある。すなわち、受液器開閉弁１３を開にした場合は、受液器開閉弁１３を閉にした場合と比較して膨張弁の流量特性が緩やかな所で制御することができることを表しており、膨張弁の制御に対して冷凍サイクルの変動が小さく安定し易いといえる。
次に、本発明の冷凍サイクルの各運転モードにおける受液器開閉弁１３の動作について説明する。
【００１９】
図４は、本発明の一実施形態の冷凍サイクルを暖房運転した場合のタイムチャート図である。圧縮機起動前の主四方弁２は、図１に示す冷凍サイクルにおいて破線で示す状態となっており、圧縮機起動前もしくは起動と同時に受液器開閉弁１３を開、室内膨張弁８を全開、室外膨張弁４を起動時の所定開度に設定する。冷凍サイクルの起動時は、まず、圧縮機１が所定の周波数Ｈｚ１で起動し、受液器開閉弁１３が開となっているため、起動時に蒸発器として作用する室内熱交換器９に流入する冷媒のかわき度が圧縮機１の液圧縮限界かわき度以上となり圧縮機１に戻るため、液圧縮もせずにスムーズに起動できる。次に、Ｔ１秒経過後に主四方弁２を切替えて、図１に示す冷凍サイクルにおいて実線で示す状態となり暖房運転が開始されるが、この時も受液器開閉弁１３が開いているため、主四方弁２を切替える前に凝縮器として作用していた室外熱交換器３内の液冷媒量が少ないため、主四方弁２を切替えた後も液圧縮もせずにスムーズに運転できる。次に、圧縮機１の運転周波数がＨｚ２まで上昇し、圧縮機１や熱交換器等の温度や圧力が十分安定となるＴ２秒まで経過した時点で受液器開閉弁１３を閉じる。この際、受液器開閉弁１３を閉じる前もしくは閉じると同時に蒸発器として作用している室外熱交換器３の上流側にある室外膨張弁４を所定量だけ絞ることにより、受液器開閉弁１３を閉じた時に生じる液戻りを回避することができる。そして、冷凍サイクルの負荷に応じて圧縮機１の運転周波数が調整され、室内膨張弁８では室内熱交換器９での冷媒過冷却量が調整され、暖房運転が継続される。次に、冷凍サイクルが停止する場合は、凝縮器として作用している室内熱交換器９に溜まっている液冷媒を受液器６に回収するための回収運転を行う。この回収運転方法は、圧縮機１の運転周波数をＨｚ３に落とし、室内膨張弁８を全開にし、受液器開閉弁１３を開いて室外膨張弁４を全閉にすることで、圧縮機１の吸入側圧力が徐々に低下し、この圧力が大気圧以下とならない時点で圧縮機１の運転周波数を０にして停止することで行われる。これにより、凝縮器として作用していた室内熱交換器９内の余分な液冷媒は受液器６内に回収されると共に、室外膨張弁４が閉まっているため蒸発器として作用していた室外熱交換器３内に冷媒が供給されなくなるため、室外膨張弁４より下流側の冷媒が全て受液器６内に回収され、次に起動する際に低圧側には液冷媒が殆ど無いため液圧縮を防止することができる。
【００２０】
次に、冷房運転の場合について説明する。図５は、本発明の一実施形態の冷凍サイクルを冷房運転した場合のタイムチャート図である。圧縮機起動前の主四方弁２は、図１に示す冷凍サイクルにおいて破線で示す状態となっており、圧縮機起動前もしくは起動と同時に受液器開閉弁１３を開、室内膨張弁８を起動時の所定開度、室外膨張弁４を全開に設定する。冷凍サイクルの起動時は、まず、圧縮機１が所定の周波数Ｈｚ４で起動し、受液器開閉弁１３が開となっているため、起動時に蒸発器として作用する室内熱交換器９に流入する冷媒のかわき度が圧縮機１の液圧縮限界かわき度以上となり圧縮機１に戻るため、液圧縮もせずにスムーズに起動できる。次に、Ｔ３秒経過後に圧縮機１の運転周波数がＨｚ５まで上昇し、圧縮機１や熱交換器等の温度や圧力が十分安定となるＴ４秒まで経過した時点で受液器開閉弁１３を閉じる。この際、受液器開閉弁１３を閉じる前もしくは閉じると同時に蒸発器として作用している室内熱交換器９の上流側にある室内膨張弁８を所定量だけ絞ることにより、受液器開閉弁１３を閉じた時に生じる液戻りを回避することができる。そして、冷凍サイクルの負荷に応じて圧縮機１の運転周波数が調整され、室内膨張弁８では室内熱交換器９での冷媒過熱量が調整され、冷房運転が継続される。次に、冷凍サイクルが停止する場合は、凝縮器として作用している室外熱交換器３に溜まっている液冷媒を受液器６内に回収するための回収運転を行う。この回収運転方法は、圧縮機１の運転周波数をＨｚ６に落とし、室内膨張弁８を全閉にし、受液器開閉弁１３を開くことで、圧縮機１の吸入側圧力が徐々に低下し、この圧力が大気圧以下とならない時点で圧縮機１の運転周波数を０にして停止することで行われる。これにより、凝縮器として作用していた室外熱交換器３内の余分な液冷媒は受液器６内に回収されると共に、室内膨張弁８が閉まっているため蒸発器として作用していた室内熱交換器９内に冷媒が供給されなくなるため、室内膨張弁８より下流側の冷媒が全て受液器６内に回収され、次に起動する際に低圧側には液冷媒が殆ど無いため液圧縮を防止することができる。
【００２１】
次に、除霜運転の場合について説明する。図６は、本発明の一実施形態の冷凍サイクルを除霜運転した場合のタイムチャート図である。蒸発器として作用している熱交換器に流入する空気の温度が低い場合は、蒸発温度がマイナス温度となり、熱交換器の表面に霜が付着し、熱交換器の性能を著しく低下させるため除霜運転を行う。特に、冷凍サイクルの場合は、外気と接している室外熱交換器３が蒸発器として作用している暖房運転の場合に多いため、本実施例では、暖房運転時の除霜運転について説明する。なお、低温で室内熱交換器９を蒸発器として作用させる場合は、冷房運転の場合にも発生するが、基本的な運転方法については暖房運転と同じである。除霜運転開始からＴ５秒前の時点で凝縮器として作用している室内熱交換器９の下流側にある室内膨張弁８を全開とし、受液器開閉弁１３を開いて凝縮器内に溜まっている冷媒を受液器６内に回収する運転を行う。その後、圧縮機１の運転周波数を下げて、主四方弁２を実線から破線に示す如く切替えて逆サイクル除霜運転を行う。上記の運転方法によれば、暖房運転時に凝縮器として作用し、除霜運転中に蒸発器として作用する室内熱交換器９内の液冷媒の量を主四方弁２の切替え時に軽減することができ、圧縮機１への液戻りを防止することが可能となる。そして、除霜運転の開始と同時に、室内膨張弁８を所定の開度に絞り、主四方弁２の切替えと同時もしくは切替えた後に受液器開閉弁１３を閉じ、除霜運転を継続する。ここで、除霜運転直前に圧縮機１の運転周波数を下げる目的は、主四方弁２の切替時における衝撃音低減のためである。次に、除霜運転の終了時は、除霜運転の終了判定後にまず圧縮機１の運転周波数を下げ、且つ受液器開閉弁１３を開く。これにより、室外熱交換器３内に溜まっている液冷媒を受液器６内に回収すると共に、室内熱交換器９内に流入する液冷媒量を軽減することができ、主四方弁２を切替えた時に圧縮機１への液戻り量を軽減し、液圧縮の防止を図ることができる。次に、主四方弁２を破線から実線に示す如く切替えて、暖房運転を行う。この際、主四方弁２の切替えと同時もしくは、切替えた後に室内膨張弁８を全開にする。その後は、暖房運転の起動と同様の運転となる。
【００２２】
以上説明したように、ブリッジ回路５及び受液器開閉弁１３により受液器６頭頂部のガス冷媒を冷房運転及び暖房運転共に蒸発器として作用する熱交換器の上流側に配設される膨張弁の上流側に導入することができ、蒸発器に流入する冷媒のかわき度を大きく保ちながら蒸発器で蒸発させ圧縮機１の吸入側に冷媒を導くことができるため、圧縮機１の吸入側に戻る液冷媒量が抑制され液圧縮の防止を図ることができる。また、圧縮機１の運転容量が小さい場合や蒸発温度が低い場合等で発生する膨張弁開度が小さくなる場合でも、膨張弁前を積極的に気液二相化するため膨張弁の開度を大きく保つことができ、膨張弁の開度調整を行う場合に流量特性が緩やかな所を使用できるため、冷凍サイクルが安定化し易く冷凍サイクルの信頼性を向上することができる。また、ブリッジ回路５を設け、暖房時には受液器上部のガス冷媒を室外膨張弁の前に導入し、冷房時には室内膨張弁の前に導入することで暖房起動時、冷房起動時ともに液圧縮を防止ることができる。
【実施例２】
【００２３】
図７は、本発明の他の実施形態を示す冷凍サイクルの配管系統図である。図中において、図１と同符号のものは同一のものを示す。本発明の冷凍サイクルは、図１に示す減圧装置１１の替わりに、減圧装置１１と同等の圧力損失を有する主流部と副流部を備えた過冷却器１４を設け、過冷却器１４の主流部入口２４は受液器６の出口配管に、主流部出口２５はブリッジ回路５に配管接続される。一方、過冷却器１４の副流部入口２６は主流部入口２４から過冷却バイパス回路１５と該過冷却バイパス回路１５を流れる冷媒量を調整する過冷却用膨張弁１６を介して接続され、副流部出口２７は主四方弁２と圧縮機１の吸入側とを接続する配管に合流するように配管接続された構成となっている。それ以外は、図１と同様であり、説明は省略する。
【００２４】
冷凍サイクルの起動時は、過冷却用膨張弁１６の開度を閉にすることにより、過冷却器１４での圧力損失が図１の減圧装置１１と同等となるように構成されているため、受液器開閉弁１３を開にした場合は受液器バイパス回路１２を流れるガス冷媒量が同等となるため、凝縮器として作用する熱交換器内の液冷媒量を低減しつつ、蒸発器として作用する熱交換器へ流れる冷媒かわき度を液圧縮防止限界かわき度以上とすることができるため、圧縮機１の信頼性を確保しつつ冷凍サイクルを起動できる。
受液器開閉弁１３を開状態に保ったままにした場合は、凝縮器の液量低下による吐出圧力低下により発生する放熱量不足や、蒸発器入口のかわき度増加による蒸発潜熱量低下による性能低下が発生する。このため、冷凍サイクルの運転状態が液圧縮しない状態となった時点で受液器開閉弁１３を閉にして冷凍サイクルの性能を所定値に戻す必要がある。ところが、図1に示す冷凍サイクルでは、受液器開閉弁１３を閉にすると受液器６頭頂部から流れていたガス冷媒の供給が無くなるため、蒸発器として作用している熱交換器の上流側にある膨張弁前の冷媒状態が気液二相状態から液単相状態となるため、膨張弁を流れる冷媒量が極端に多くなり、圧縮機１に液冷媒が戻り易くなり、最悪の場合は液圧縮を招く場合がある。このため、図７に示す冷凍サイクルでは、冷凍サイクルの運転状態が液圧縮しない状態となった時点で過冷却用膨張弁１６を開き、過冷却器１４の副流部を流れる低温低圧の冷媒流量を増加させて過冷却器１４の主流部出口２５の液冷媒を過冷却状態とさせ、受液器バイパス回路１２の合流後のかわき度を過冷却用膨張弁１６の開度に合わせて小さくなるように調整する。受液器バイパス回路１２の合流後のかわき度が十分に小さくなった時点で、受液器開閉弁１３を閉にすることにより、蒸発器として作用している熱交換器の上流側にある膨張弁前の冷媒状態の変化がほとんど無いため、膨張弁の流量特性にほとんど変化が無くなり、受液器開閉弁１３が閉になった場合でも圧縮機１への液戻りが発生せず、安定した冷凍サイクルを提供することができる。また、受液器開閉弁１３を閉とし過冷却用膨張弁１６をある一定開度に制御した場合は、蒸発器に流れる冷媒量が少なくなるため、蒸発器での圧力損失が軽減され冷凍サイクルの性能が向上する利点もある。また、ブリッジ回路を設けてブリッジ回路内に受液器の下流側に接続することで暖房時、冷房時ともに性能を落とさずに運転することができる。
【実施例３】
【００２５】
図８は、本発明のさらに他の実施形態を示す冷凍サイクルの配管系統図である。図中において、図１と同符号のものは同一のものを示す。本発明の冷凍サイクルは、図１または図７に示す逆止弁４個により構成されているブリッジ回路５の替わりに、副四方弁１７を設けた構成となっている。それ以外は、図１と同様であり、説明は省略する。
【００２６】
副四方弁１７を実線で示す如く切替えた場合は暖房運転として、破線で示す如く切替えた場合は冷房運転として作用し、図１に示す逆止弁４個により構成されるブリッジ回路５と同等の機能を有することができる。
逆止弁４個で構成されたブリッジ回路５の場合は、溶接箇所が全部で１２箇所あるのに対して、副四方弁１７を用いた場合は溶接箇所が４箇所と非常に少なくなる。このため、溶接箇所からの冷媒漏れの発生頻度が軽減され、信頼性の高い冷凍サイクルを提供することができる。
【実施例４】
【００２７】
図９は、本発明のさらに他の実施形態を示す冷凍サイクルの配管系統図である。図中において、図１と同符号のものは同一のものを示す。本発明の冷凍サイクルが、図７に示す冷凍サイクルと違う点は、圧縮機の吐出側配管から吸入側配管に対してガス冷媒をバイパスする圧縮機バイパス回路１８を設け、圧縮機バイパス回路１８の途中に常時閉となる圧縮機開閉弁１９を設けた構成とした点である。それ以外は、図７と同様であり、説明は省略する。
本発明の冷凍サイクルでは、蒸発器として作用する熱交換器及び圧縮機１の吸入側に接続される配管内に液冷媒が貯留された状態で圧縮機１が起動した場合でも、前記圧縮機開閉弁１９を開いて圧縮機１の吐出側を流れるガス冷媒の一部を圧縮機１の吸入側に流すことにより、圧縮機１の吸入側に戻る冷媒の状態を液圧縮限界かわき度以上にすることができるため、圧縮機１の液圧縮を防止することが可能となり、圧縮機１の信頼性をさらに向上することができる。また、圧縮機１の吸入側に高温のガス冷媒の一部をバイパスするため、吸入圧力の低下を防止し且つ圧縮機１の温度を早く上げることができるため、冷凍サイクルの立ち上がりを早くすることが可能となり、本発明の冷凍サイクルを空気調和機として用いた場合は、空調場の快適性を向上することができる。
【００２８】
上述の実施例によれば、少なくとも、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外減圧装置、室内減圧装置、室内熱交換器を接続して成る冷凍サイクルにおいて、逆止弁により構成されるブリッジ回路を室外減圧装置と室内減圧装置の間に設け、ブリッジ回路の１方向に流れる回路内に受液器、減圧装置を順次接続し、減圧装置とブリッジ回路とを接続する配管に対して受液器頭頂部のガス冷媒が流れるように受液器バイパス回路と該受液器バイパス回路を開閉する常時閉の受液器開閉弁を設け、冷凍サイクルの起動及び停止指令を受けた時に圧縮機の起動及び停止を行う起動停止制御手段と、冷凍サイクルの運転中に除霜指令により前記四方弁を切替えて除霜運転を行うように制御する除霜制御手段と、前記起動停止制御手段及び除霜制御手段の信号により受液器開閉弁を任意に開閉する開閉弁制御手段とを備えることにより、ブリッジ回路及び受液器開閉弁により受液器頭頂部のガス冷媒を冷房運転及び暖房運転共に蒸発器として作用する熱交換器の上流側に配設される膨張弁の上流側に導入することができ、蒸発器に流入する冷媒のかわき度を大きく保ちながら蒸発器で蒸発させ圧縮機の吸入側に冷媒を導くことができるため、圧縮機の吸入側に戻る液冷媒量が抑制され液圧縮の防止を図ることができる。また、圧縮機の運転容量が小さい場合や蒸発温度が低い場合等で発生する膨張弁開度が小さくなる場合でも、膨張弁前を積極的に気液二相化するため膨張弁の開度を大きく保つことができ、膨張弁の開度調整を行う場合に流量特性が緩やかな所を使用できるため、冷凍サイクルが安定化し易く冷凍サイクルの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す冷凍サイクルのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の運転状態を示すモリエル線図である。
【図３】本発明の一実施形態で用いられる膨張弁の流量特性図である。
【図４】本発明の一実施形態の冷凍サイクルを暖房運転した場合のタイムチャート図である。
【図５】本発明の一実施形態の冷凍サイクルを冷房運転した場合のタイムチャート図である。
【図６】本発明の一実施形態の冷凍サイクルを除霜運転した場合のタイムチャート図である。
【図７】本発明の他の実施形態示す冷凍サイクルの配管系統図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態を示す冷凍サイクルの配管系統図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態を示す冷凍サイクルの配管系統図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…圧縮機、２…主四方弁、３…室外熱交換器、４…室外膨張弁、５…ブリッジ回路、６…受液器、７…液阻止弁、８…室内膨張弁、９…室内熱交換器、１０…ガス阻止弁、１１…減圧装置、１２…受液器バイパス回路、１３…受液器開閉弁、１４…過冷却器、１５…過冷却バイパス回路、１６…過冷却用膨張弁、１７…副四方弁、１８…圧縮機バイパス回路、１９…圧縮機開閉弁、２１…起動停止制御手段、２２…除霜制御手段、２３…開閉弁制御手段、２４…主流部入口、２５…主流部出口、２６…副流部入口、２７…副流部出口。
【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】
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【図８】
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【図９】
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