JP2002162086A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 利用者により外部から入力された情報に基づ
いて、ガスインジェクション回路の開閉弁の開閉操作を
行うことができ、能力増強運転もしくは消費電力低減運
転のいずれか、またはこれらを混合する運転が可能な空
気調和機を提供する。 【解決手段】 圧縮機１と、高圧容器５と、これら圧縮
機１の圧縮室と高圧容器５との間にガスインジェクショ
ン回路とを備え、この回路に冷媒流量を制御する弁８を
有する空気調和機において、前記弁８の弁開度を制御す
る制御装置１７と、この制御装置１７へ、外部から信号
情報を入力し、前記弁８の弁開度を制御する外部入力装
置１９とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスインジェクシ
ョン回路を備えた空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスインジェクション回路を備えた空気
調和機において、ガスインジェクションの制御に関する
従来技術には、たとえば特開平１１−１１８２６３号公
報に開示される空気調和機がある。

【０００３】ここに開示の空気調和機は、ガスインジェ
クションのＯＮ／ＯＦＦの切替え時における能力変動を
抑えるため、ガスインジェクション時の能力とガスイン
ジェクションをしない時の能力とがほぼ同等となる時に
切り替えられるように、圧縮機の圧縮能力の補正を行っ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ガスインジェクション
サイクルを使用する空気調和機の能力は、ガスインジェ
クションを使用しない場合と比較し、圧縮機の運転周波
数及び理論吐出容積が同一の場合には、冷房運転時及び
暖房運転時ともに増加する。しかしながら、ガスインジ
ェクションの有無に係わらず同じ定格能力を設定するた
めに、ガスインジェクションを有するサイクルでは、圧
縮機の運転周波数を下げるか、もしくは圧縮機の理論吐
出容積を小さくするのが一般的である。その結果、能力
と消費電力との比で表される成績係数（以下、ＣＯＰと
称する）は、ガスインジェクションを有するサイクルで
は向上する。

【０００５】たとえば特開平１１−１１８２６３号公報
に開示される空気調和機では、ガスインジェクションを
する場合としない場合とで効率のよい方の運転を選択す
ると同時に、ガスインジェクションの切り替え時の能力
変動が最小限になるように制御をしている。しかしなが
ら、この制御は、すでに記憶されているプログラムに従
って動作するものであり、利用者により外部から入力さ
れた情報に基づいて任意にガスインジェクションの有無
を切り換えることはできないものであった。

【０００６】本発明の目的は、ガスインジェクション回
路を備える圧縮機を搭載した空気調和機において、利用
者による外部からの入力情報に応じてガスインジェクシ
ョンの有無の切り替えを行うことができ、これによって
能力増強運転もしくは消費電力低減運転、または能力増
強運転及び消費電力低減運転を融合する運転のいずれか
の選択が可能な空気調和機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の空気調和機に係る第１の発明の構成は、圧
縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器
との間にガスインジェクション回路とを備え、この回路
に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和機において、
前記弁の弁開度を制御する制御装置と、この制御装置
へ、外部から信号情報を入力し、前記弁の弁開度を制御
する外部入力装置とを備えるものである。

【０００８】また上記目的を達成するために、本発明の
空気調和機に係る第２の発明の構成は、運転周波数が可
変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室
と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備
え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和
機において、前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装
置と、この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前
記圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備え
るものである。

【０００９】また上記目的を達成するために、本発明の
空気調和機に係る第３の発明の構成は、運転周波数が可
変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮室
と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備
え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和
機において、前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を
制御する制御装置と、この制御装置へ、外部から信号情
報を入力し、前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を
制御する外部入力装置とを備えるものである。

【００１０】さらに上記目的を達成するために、本発明
の空気調和機に係る第４の発明の構成は、運転周波数が
可変可能な圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧縮
室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを備
え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調和
機において、室内の温度を検出する室内温度検出器と、
この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、予め設定
された設定温度と前記室内温度検出器の検出する温度と
の差に応じて前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を
制御する外部入力装置とを備えるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明の空気調和機に係る実施例
のサイクル系統図で、ガスインジェクションサイクルを
有するものである。

【００１３】サイクルは、圧縮機１、四方弁２、熱源側
熱交換器（室外熱交換器）３、第１減圧装置４、高圧容
器５、第２減圧装置６ａ、６ｂ、利用側熱交換器（室内
熱交換器）７ａ、７ｂを配管１６で接続して構成され
る。

【００１４】本実施例では、室外機１４に対して２台の
室内機１５ａ、室内機１５ｂが分離して並列に接続さ
れ、それぞれが室内ファン１１ａ，１１ｂを備えている
（２台以上の複数台を接続するものであってもよい）。
また室外機１４の出口側には、配管接続用の阻止弁１
２、１３が設けられている。

【００１５】前記高圧容器５は、気液分離器と受液器
（レシーバ）との機能を併せ持っており、圧縮機１と高
圧容器５とをつなぐ配管９には開閉弁（電磁弁）８が介
在し、開閉弁８の開閉制御によってインジェクションの
有無の切り替えが可能になっている。ガスインジェクシ
ョンを行う場合は、開閉弁８を開（ＯＮ）けて、高圧容
器５で分離したガス冷媒を圧縮機１の圧縮室にインジェ
クションする。なお、開閉弁８は電動弁とすることによ
って、インジェクション流量の自動制御もできる。制御
装置１７には、室内温度検出器１８の検出する温度信号
及び利用者による外部入力装置１９からの信号情報が入
力され、この利用者からの信号によって開閉弁８を制御
してインジェクションの有無の切り替えと、圧縮機１の
運転周波数の変更とが可能な構成になっている。制御装
置１７と圧縮機１、高圧容器５、室内温度検出器１８及
び外部入力装置１９などの各機器との情報の伝達経路を
一点鎖線３０で示す。

【００１６】次に、上記構成の空気調和機の作用につい
て説明する。

【００１７】冷房運転時の冷媒は、図中の実線矢印で示
す方向に流れる。本実施例では四方弁２は、冷房運転時
の位置にある。一方、暖房運転時では、四方弁２を切り
替えて冷媒を破線矢印で示す方向に流す。

【００１８】冷房運転時には高圧容器５からガス冷媒を
取り出し、圧縮機１にインジェクションすると、利用側
熱交換器７ａ、７ｂに向かう冷媒は飽和液冷媒となり、
第２減圧装置６ａ、６ｂに流入することによって、利用
側熱交換器７ａ、７ｂでのエンタルピー差が大きくな
る。このため、同じ冷房能力を得るために必要な冷媒流
量が減少する。また、圧縮機１に運転周波数を可変でき
るインバータを備えているので、同じ能力を得るのに圧
縮機１の運転周波数を下げて冷媒流量を減らすことがで
き、消費電力を低減できる。

【００１９】逆に、ガスインジェクションをしない場合
と同一の運転周波数とした場合には、利用側熱交換器７
ａ、７ｂでのエンタルピ差が大きくなった分だけ冷房能
力を増加することができる。

【００２０】図２は、ガスインジェクションサイクルを
モリエル線図に示したものである。

【００２１】図において、線５０は飽和液線、線５１は
飽和ガス線を示す。また点５２は圧縮機１の入口（＝蒸
発器出口）、点５６は圧縮機１の出口（＝凝縮機入
口）、点５７は凝縮器出口、点５８は高圧容器５、点６
０は高圧容器５の出口、点５５は圧縮室内での冷媒状態
を示している。

【００２２】冷房運転時では、区間６１〜５２は利用側
熱交換器７ａ、７ｂに相当する。また暖房運転時では、
区間５６〜５７が利用側熱交換器７ａ，７ｂに相当す
る。ガスインジェクションをしない場合の圧縮機１内の
圧縮過程は、点５２、点５４、点５７、点５９の経路と
なる。しかし、ガスインジェクションをすると、圧縮過
程は点５２、点５３、点５５、点５６の経路となる。

【００２３】冷房運転時では、冷房能力は利用側熱交換
器７ａ、７ｂを流れる冷媒の質量流量ＧＥと利用側熱交
換器７ａ、７ｂ出入口のエンタルピ差との積で表され
る。このため、圧縮機１の能力を同一能力とすると、ガ
スインジェクションをした場合のエンタルピ差が区間６
１〜５２、ガスインジェクションをしない場合のエンタ
ルピ差が区間５９〜５２であるので、ガスインジェクシ
ョンをすると利用側熱交換器７ａ、７ｂに流す冷媒の質
量流量ＧＥを少なくしてよいことがわかる。すなわち、
圧縮機１の仕事が減って消費電力が低減する。一方、利
用側熱交換器７ａ、７ｂに流れる冷媒の質量流量ＧＥが
同じであるならば、ガスインジェクションをした場合に
エンタルピ差の増加分だけ冷房能力が増加する。

【００２４】暖房運転時では、暖房能力は熱源側熱交換
器３を流れる冷媒の質量流量ＧＴと熱源側熱交換器３の
出入口のエンタルピ差との積で表される。ガスインジェ
クションサイクルでは、圧縮過程に温度の低いガス冷媒
がインジェクションされることで圧縮機１の吐出温度が
若干下がり、熱源側熱交換器３でのエンタルピ差（区間
５６〜５７）が、ガスインジェクションをしない場合の
エンタルピ差（区間５４〜５７）と比較して小さくな
る。しかし、熱源側熱交換器３を流れる冷媒の質量流量
ＧＴが多い分（ガスインジェクション時：ＧＴ＝ＧＥ＋
ＧＩＮＪ，ガスインジェクションをしない時：ＧＴ＝Ｇ
Ｅ）、暖房能力が増加する。

【００２５】したがって、暖房能力を一定とするとガス
インジェクション時では、冷媒の質量流量を減らすこと
ができ、運転周波数が減って圧縮機１の仕事が減り消費
電力を低減できる。一方、圧縮機１の運転周波数が同じ
場合は、流量が増加した分、暖房能力が増加する。

【００２６】マイコン、メモリ等を演算制御機器とする
制御装置１７に対し、圧縮機１、ガスインジェクション
の開閉弁８、外部入力装置１９、室内温度検出装置１８
が接続され、信号情報の伝達によって制御されるが、制
御装置１７は、室外機側と室内機側とに２分割されて各
々搭載されていてもよい。

【００２７】図３は、本実施例のガスインジェクション
サイクルの冷房運転時のタイムチャートである。実線２
０は室内温度の変化、破線２１（＝Ｔ０）は利用者によ
る設定温度、実線２３はガスインジェクションの有無、
実線２４は圧縮機１の運転周波数の変化、実線２５は冷
房能力の変化を示す。

【００２８】たとえば、利用者が外部入力装置１９で設
定した設定温度Ｔ０と実際の室内温度との差が大きい場
合、設定温度Ｔ０に短時間で到達させるために、ガスイ
ンジェクション回路をＯＮ（開閉弁８を開）とする。こ
の時（ｔａ）、圧縮機１の運転周波数を定格周波数とす
れば、能力が増加するので急速冷房が可能となる。室内
温度がＴとなり、設定温度Ｔ０に近づくと室内負荷が小
さくなり、必要な冷房能力も小さくてよいため、ガスイ
ンジェクション回路をＯＦＦ（開閉弁８を閉）とする。

【００２９】この場合、ガスインジェクション回路のＯ
Ｎ、ＯＦＦの切り替えに使用する実際温度と設定温度Ｔ
０との温度差の情報は、予め制御装置１７に入力記憶さ
れている。室内温度が設定温度Ｔ０に到達すると、ガス
インジェクション回路を再びＯＮとし、同一能力を維持
できる運転周波数まで、圧縮機１の運転周波数を下げて
運転する。その結果、当初はガスインジェクションによ
る能力増加で急速冷房ができ、設定温度到達後は、圧縮
機１の運転周波数減により消費電力を低減した運転が可
能となる。

【００３０】また、常時ガスインジェクション回路をＯ
Ｎとした状態（一点鎖線２８）で、圧縮機１の運転周波
数をＮ０からＮ１へ変化させることで（一点鎖線２
６）、冷房能力が増加している状態Ｑ１から徐々にＱ０
に減少させ（一点鎖線２７）、当初の室内温度Ｔ１から
設定温度Ｔ０に到達するまでの時間（ｔｂ−ｔ０）をさ
らに短縮することが可能である。暖房運転時も同様であ
る。

【００３１】図４は、本実施例のガスインジェクション
サイクルの運転モード切り替えのフローチャートであ
る。

【００３２】利用者が外部入力装置１７で入力した情報
に基づき（符号４０）、標準運転モードか能力増強モー
ドか省エネモードかを判別（４１）する。能力増強モー
ドの場合、ガスインジェクション回路がＯＮ（４２）と
なり、開閉弁８が開く（４５）。圧縮機１の運転周波数
は予め制御装置１７に設定されている定格周波数で運転
され、冷房能力または暖房能力が増加する。この結果、
急速冷房、急速暖房が可能となる（９０）。

【００３３】標準モードの場合、先の図３（冷房運転
時）に示したように、予め制御装置１７に設定されてい
る情報（プログラム）に従い、ガスインジェクション回
路が自動的に切り替えられ（４３）、最短時間で利用者
の設定温度Ｔ０に到達するように運転される。設定温度
Ｔ０に到達後は、圧縮機１の運転周波数を低減し、消費
電力が低い状態（省エネモード）で運転される。省エネ
モードの場合は、ガスインジェクション回路がＯＮとな
り（４４）、開閉弁８が開く（４６）。その後、圧縮機
１の運転周波数を、定格周波数時の能力と同一能力とな
るまで下げ、消費電力を低減した状態で運転が行われる
（９１）。

【００３４】図５は、利用者が使用する外部入力装置１
７を示す図である。ここではワイヤレスリモコンの例を
示す。ワイヤレスリモコン７０には、利用者の設定する
温度や現在の室内温度を表示する表示手段７１があり、
利用者はボタン７７、７８を使用して設定温度Ｔ０を設
定する。また利用者の要求により、ガスインジェクショ
ン回路を切り替えるための選択ボタン７２、７３、７４
があり、利用者はワンボタンで、望みの運転モードを選
択することができる。

【００３５】外部入力装置１７は、コード付のリモコン
でも良く、また空気調和機がネットワーク接続され、運
転管理が可能な場合は、用いる情報端末からの入力でき
るようにすることも可能である。また、室内温度検出装
置１８は、空調したい部屋に空気調和機がある場合は、
空気調和機本体にあっても、また空調したい部屋に設け
られる場合には、リモコンや情報端末等の外部入力装置
１９に設けてもよい。この場合、外部入力装置１９は、
双方向通信が可能であることが必要である。

【００３６】図６は、本発明の空気調和機に係る他の実
施例のガスインジェクションサイクル図で、前記実施例
と異なるところは次のとおりである。

【００３７】配管８３の高圧容器５から圧縮機１に至る
間に第３減圧装置８１及び熱交換器８２が設けられてい
る。第３減圧装置８１は、高圧容器５からバイパスした
冷媒をインジェクションに必要な圧力まで減圧させ気液
二相冷媒を生成するとともに、インジェクション流量の
制御を行うためのものである。

【００３８】冷房運転時、第１減圧装置４による減圧の
度合いを少なくし、第３減圧装置８１による減圧の度合
いが大きくするよう制御される。このため熱交換器８２
において、第３減圧装置８１で大きく減圧されて温度の
低くなった気液二相冷媒と、減圧されないため前記気液
二相冷媒よりは高い温度の高圧容器５から出る冷媒とで
熱交換し、インジェクションされる気液二相冷媒の完全
ガス化を図る。一方暖房運転時は、熱交換器８２で温度
の低い気液二相冷媒と高圧容器５へ入る温度の高い冷媒
との熱交換を行ってインジェクションされる気液二相冷
媒の完全ガス化を図る。

【００３９】また冷房運転時には、主サイクルの配管１
００（高圧容器５から阻止弁１２までの配管）を流れる
冷媒は、熱交換器８２でインジェクションされる気液二
相冷媒により冷却され、さらに第２減圧装置６ａ，６ｂ
により冷却されて過冷却される。つまり、室内熱交換器
７ａ，７ｂへ流入する冷媒は過冷却されているため、室
内熱交換器７ａ，７ｂでのエンタルピー差が大きく、同
じ冷房能力を得るために冷媒流量を少なくすることがで
きる。

【００４０】本実施例によれば、空気調和機の冷媒流量
を少なくすることができ、図１のサイクルと同様に、消
費電力を低減した運転ができる、という効果がある。

【００４１】なお上記いずれの実施例においても、ガス
インジェクションサイクルには、冷媒として単一冷媒の
Ｒ２２、Ｒ３２、Ｒ１３４ａを始め、混合冷媒であるＲ
４０７Ｃ、Ｒ４１０ＡのＨＣＦＣ系冷媒、ＨＦＣ系冷媒
の使用が可能である。またプロパン等のＨＣ系冷媒や二
酸化炭素、アンモニア等の自然系冷媒の使用も可能であ
る。

【００４２】Ｒ４０７Ｃなどの非共沸冷媒を使用する
と、第１減圧装置４での減圧の度合いに応じて、高圧容
器５（本発明では気液分離レシーバ）内の液冷媒とガス
冷媒との組成が変動する。たとえば、Ｒ４０７Ｃは、一
般にＲ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａの３種類の冷媒が、
重量分率２３ｗｔ％／２５ｗｔ％／５２ｗｔ％の比率で
混合されている。第１減圧装置４での減圧の度合いが大
きくなるに従い、高圧容器５内の液冷媒中のＲ１３４ａ
の存在割合が増加するようになる。したがって、ガスイ
ンジェクションサイクルでは、この各冷媒の物性の違い
を利用して能力可変を行うことができる。また、圧縮機
１は、レシプロ、ロータリー、スクロールのいずれの形
式ものであってもよい。

【００４３】さらに本実施例では、圧縮機１の入口に低
圧容器（アキュムレータ）を設けていないが、低圧容器
を設けたものであってもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
スインジェクションサイクルの有する特性を活かし、能
力増加運転もしくは消費電力低減（省エネモード）運
転、または能力増加運転及び消費電力低減（省エネモー
ド）運転を融合した運転を、利用者による外部からの入
力情報に応じて選択して運転可能な空気調和機を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和機に係る実施例のガスインジ
ェクションサイクルを示す図である。

【図２】図１に示す実施例のガスインジェクションサイ
クルをモリエル線図上に示す図である。

【図３】図１に示す実施例の冷房運転時のタイムチャー
トである。

【図４】図１に示す実施例の運転モード切り替えのフロ
ーチャートである。

【図５】図１の実施例の外部入力装置を示す図である。

【図６】本発明の空気調和機に係る他の実施例のガスイ
ンジェクションサイクルを示す図である。

【符号の説明】

１…圧縮機 ２…四方弁 ３…熱源側熱交換器 ４…第１減圧装置 ５…高圧容器 ６ａ，６ｂ…第２減圧装置 ７ａ，７ｂ…利用側熱交換器 ８…開閉弁 ９，８３…ガスインジェクション回路 １０…室外ファン １１ａ，１１ｂ…室内ファン １２，１３…阻止弁 １４…室外機 １５ａ，１５ｂ…室内機 １６，１００…配管 １７…制御装置 １８…室内温度検出装置 １９…外部入力装置 ３０…情報（信号）の流れ ７０…リモコン（外部入力装置） ７１…表示部 ７３，７４…運転モード選択ボタン ７７，７８…設定温度設定ボタン ８１…第３減圧装置 ８２…熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 進 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 Ｆターム(参考） 3L060 AA03 AA06 3L092 AA02 AA03 BA03 BA28 EA15 FA05 FA24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と、高圧容器と、これら圧縮機の圧
   縮室と高圧容器との間にガスインジェクション回路とを
   備え、この回路に冷媒流量を制御する弁を有する空気調
   和機において、 前記弁の弁開度を制御する制御装置と、 この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記弁の
   弁開度を制御する外部入力装置とを備えることを特徴と
   する空気調和機。
2. 【請求項２】運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容
   器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスイ
   ンジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制
   御する弁を有する空気調和機において、 前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と、 この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記圧縮
   機の運転周波数を制御する外部入力装置とを備えること
   を特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容
   器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスイ
   ンジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制
   御する弁を有する空気調和機において、 前記弁の弁開度及び圧縮機の運転周波数を制御する制御
   装置と、 この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、前記弁の
   弁開度及び圧縮機の運転周波数を制御する外部入力装置
   とを備えることを特徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】運転周波数が可変可能な圧縮機と、高圧容
   器と、これら圧縮機の圧縮室と高圧容器との間にガスイ
   ンジェクション回路とを備え、この回路に冷媒流量を制
   御する弁を有する空気調和機において、 室内の温度を検出する室内温度検出器と、 この制御装置へ、外部から信号情報を入力し、予め設定
   された設定温度と前記室内温度検出器の検出する温度と
   の差に応じて前記弁の弁開度び圧縮機の運転周波数を制
   御する外部入力装置とを備えることを特徴とする空気調
   和機。
5. 【請求項５】冷媒に非共沸混合冷媒を使用することを特
   徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空気調和
   機。