JP2004263995A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機の吸込み側に配置されるアキュームレータを備えた空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷凍サイクルに設けられるアキュームレータは、タンクと、タンク上部に接続され蒸発冷媒をタンク内に導びく導入管と、略U字状の曲成部を備えタンク上部の開口端から気液分離したガス冷媒を圧縮機へ導びく導出管と、導出管曲成部にタンク底部に溜まった冷凍機油を圧縮機に戻す油戻し孔とを備えている。
【0003】
先行技術として[特許公報1]には、導出管底部の油戻し孔以外に、導出管の開口側管壁に上下方向に沿って少なくとも1個以上の補助油戻し孔を設け、液冷媒の有無に拘らず、かつ冷凍機油と液冷媒が二層分離した場合でも、補助油戻し孔を介して圧縮機へ返油できる技術が開示されている。
【0004】
【特許公報1】
特開平11−14201号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外気温度が極く低温の際に暖房運転を行うと、起動時にアキュームレータ内部に一時的に多くの液冷媒を保有する。このような条件では、油戻し孔ばかりでなく複数の補助油戻し孔からも液冷媒が吸引されてしまい、圧縮機への液バック量が増加して、圧縮機の信頼性上、好ましくない。
【0006】
また、ロータリー式圧縮機では、圧縮室に直接冷媒を吸込むようになっているので、特にその危険性が大きい。圧縮機吸込み部に設けられるサクションカップは油戻し量(孔径)が決められているので、過度的にサクションカップ内に液冷媒や油が溜まり易く、液圧縮・油圧縮による圧縮機破損の危険性がある。
【0007】
さらに、R32やR410Aなどの使用圧力が比較的高い冷媒を用いる空気調和装置では、耐圧設計上、アキュームレータのタンク肉厚を厚くする必要がある。単純にタンク肉厚を厚くするとコストの増大を招くため、タンクの胴径を小さくしたうえで高さ寸法を高くし、容量を稼ぐのが一般的である。
【0008】
このようなアキュームレータでも、油戻し孔は導入管曲成部の最下部に設けられているので、冷凍機油と液冷媒の二層分離が発生すると、液冷媒の液面上に存在する油が圧縮機へ戻されなくなる。
【0009】
液冷媒や油がアキュームレータ底部のみに溜まっている場合は、タンクのヘッド差により油の戻り特性が悪化してしまう。特に、油の粘度が高くなる低温時などは、この傾向が顕著に現れる。
【0010】
この種の不具合を改善するためには、導出管内を流れる冷媒の流速を上げて、油戻し孔を介して導出管内と管外の差圧を大にし、油の戻り特性の向上を図る考えがあるが、その反面、導出管における圧力損失が増え、成績係数が低下するという問題が発生する。
【0011】
本発明は、上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、アキュームレータ内で液冷媒と冷凍機油の二層分離が発生した状態でも、これら液冷媒と油を確実に混合して、圧縮機への油戻し効率を向上させ、よって信頼性の向上を図れるようにした空気調和装置を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の空気調和装置は、冷凍サイクルを構成する圧縮機の吸込み側に設けられ、熱交換器において蒸発したあとの冷媒を導入して気液分離し、分離したガス冷媒を圧縮機に導入案内するアキュームレータを備え、圧縮機から吐出されるホットガスの一部を分流してアキュームレータへ導入するホットガスバイパス回路と、このホットガスバイパス回路に設けられ設定条件に応じて開閉制御される開閉弁を具備する。
【0013】
このような課題を解決するための手段を採用することにより、アキュームレータ内で液冷媒と油の二層分離が発生した状態でも、これら液冷媒と油を確実に混合する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【0015】
図1は空気調和装置の冷凍サイクル構成図、図2は冷凍サイクルに用いられるアキュームレータの構造を説明する断面図である。
【0016】
圧縮機1の吐出部に接続される冷媒管Pに四方切換弁2の一方のポートが接続され、四方切換弁2の他方のポートに接続される冷媒管Pには室外熱交換器3と、絞り装置である電子自動膨張弁4および室内熱交換器5が順次設けられ、四方切換弁2の他のポートに接続される。
【0017】
四方切換弁2の残りのポートに接続される冷媒管は後述するアキュームレータ6の一次側である導入管Paとして、アキュームレータ6内に挿入される。アキュームレータ6の二次側は導出管Pbとして圧縮機1の吸込み部に設けられるサクションカップ7と連通している。
【0018】
このようにして空気調和装置にはヒートポンプ式の冷凍サイクル回路Kが備えられ、さらに圧縮機1の吐出側冷媒管Pと上記アキュームレータ6とは、後述するホットガスバイパス回路Gによって連通される。
【0019】
上記ホットガスバイパス回路Gを構成するバイパス管11は、一端が圧縮機吐出側冷媒管Pに接続され、他端部がアキュームレータタンク10の底部に接続される。
【0020】
バイパス管11の中途部には、開閉弁12とキャピラリーチューブ13が直列に接続されている。特に、上記開閉弁12は制御部(制御手段)15と電気的に接続される電磁コイル部を備えていて、制御部15からの制御信号にもとづいて開閉制御されるようになっている。
【0021】
上記アキュームレータ6は、密閉構造のタンク10と、このタンク10の上部から内部に挿入され開口端がタンク上部に位置する導入管Paと、タンク10の上部から内部に挿入されタンク内底部近傍部位で略U字状に曲成される曲成部bを備え、開口端cはタンク10上部に位置する導入管Pbを備えている。
【0022】
上記導入管Paと導出管Pbの先端部は互いに対向しない位置を選択して設けられている。上記導入管Paの先端開口部は閉塞板16によって閉塞されているが、先端近傍に設けられる孔部17を介して冷媒をタンク10内に導入案内できるようになっている。
【0023】
また、上記導出管Pbのタンク10内における曲成部bには油戻し孔18が設けられている。この油戻し孔18の位置は、液冷媒が溜まらない通常の運転状態で油溜り量が最小となるよう、曲成部cの最下部に設けられている。
【0024】
上述したように、アキュームレータ6を構成するタンク10の底部に、ホットガスバイパス回路Gを構成するバイパス管11が接続され、このバイパス管11に上記開閉弁12およびキャピラリーチューブ13が設けられる。
【0025】
以上のような構成の空気調和装置において、冷房運転を選択すると、圧縮機1から吐出される高温高圧の冷媒ガスが図中実線矢印に示すように導かれる。室内熱交換器5で冷媒が蒸発して室内空気から蒸発熱を吸収し、室内空気を除湿低温化させ冷房作用を得る。
【0026】
暖房運転を選択すると、圧縮機か1ら吐出される高温高圧の冷媒ガスが図中破線矢印に示すように導かれる。室内熱交換器5で冷媒が凝縮して室内空気へ凝縮熱を放出し、室内空気を温度上昇させ暖房作用を得る。
【0027】
冷房運転時および暖房運転時とも、蒸発した冷媒が導入管Paを介してアキュームレータタンク10内に導入され、気液分離作用がなされる。分離したガス冷媒は導出管Pbから圧縮機1に吸込まれる。分離した液冷媒はタンク10底部に溜り、時間の経過とともに蒸発しガス化して圧縮機1に吸込まれる。
【0028】
図3(A)は極く低温条件での暖房運転起動時におけるアキュームレータ6内部の状態を模式的に示している。
暖房運転をなすため圧縮機1を起動すると、冷凍サイクル中にある液冷媒がアキュームレータ6内に一時的に多く溜まる。このとき、圧縮機1から冷凍サイクル内に油分も多く放出され、これら油分も液冷媒とともにアキュームレータ6に滞留する。
【0029】
すなわち、比重の関係から、アキュームレータ6を構成するタンク10下部側に液冷媒の層Rがあり、この液冷媒の層Rの上部に冷凍機油の層Lがあって、いわゆる二層分離の状態となっている。
【0030】
このような場合は、流動差圧に応じて油戻し孔18から液冷媒や冷凍機油が吸引されるが、特に低温時には、アキュームレータタンク10高さによるヘッド差および冷凍機油の粘度が高くなることで戻り特性が悪化する。
【0031】
図3(B)は、上述した条件で上記ホットガスバイパス回路Gに設けられる開閉弁12を開放した際の、アキュームレータ6内部での状態を模式的に示す図である。
【0032】
圧縮機1の吐出側に接続されるホットガスバイパス回路Gの開閉弁12を開放することにより、圧縮機1から吐出されるホットガスの一部がバイパス管11を介してアキュームレータ6に導かれる。
【0033】
バイパス管11に導かれたホットガスは、アキュームレータタンク10の底部から内部に吹き上げ状態で注入される。タンク10内に形成される液冷媒層Rや冷凍機油層Lは、注入されたホットガスによって効率よく攪拌され、速やかに蒸発しガス化して導出管Pbを介して圧縮機1に導かれる。
【0034】
すなわち、ホットガスをアキュームレータタンク10内にバイパス案内することにより、タンク10内の液冷媒を速やかに吐かせて戻り特性の向上化を得られ、圧縮機1の信頼性を保持できる。
【0035】
図4は、エステル油系の冷凍機油の油/冷媒濃度と、冷媒/冷凍機油の液分離特性を示している。なお、図の「不溶」は油と液冷媒とが全く溶け合わない状態を言い、「相溶」は油と液冷媒とがほとんど完全に溶け合って略透明状態となっている。「懸濁」は冷媒に対して油がある程度は溶け合っているが溶け合わない部分が多く、温度が高く油が気泡となり濁っている状態を言う。
【0036】
ある領域ではアキュームレータ6内で冷凍機油と液冷媒が二層分離し、冷凍機油が液冷媒の上部に位置する。そのままでは、全ての液冷媒を吸引しないと冷凍機油を吸引することができはない。液冷媒を吸引している間は冷凍機油が圧縮機に全く戻らず、圧縮機1の油が不足して破損するなどの危険性がある。
【0037】
ここではホットガスバイパス回路Gを備えたことにより、過度時の液バックがあってアキュームレータ6内部で冷凍機油と液冷媒との二層分離が発生しても、ホットガスによる攪拌効果により液冷媒の蒸発作用を促進し、圧縮機1への油戻り性が向上する。
【0038】
また、先行技術[特許公報1]のように油戻し孔を複数設ける必要がないので、圧縮機への液戻り量とともに油戻り量を増大させるがことなく、圧縮機に対する信頼性の低下もない。
【0039】
図5(A)は、他の実施の形態に関わるアキュームレータ6Aの構造を示す図であり、図5(B)は上記アキュームレータ6Aを備えた空気調和機の冷凍サイクル構成図である。
【0040】
冷凍サイクル回路K自体は特に変更がないので、同番号を付して新たな説明は省略する。ホットガスバイパス回路Gを構成するバイパス管11は、アキュームレータタンク10の側面部下部に接続される。
【0041】
上記アキュームレータ6Aは、タンク10と、導入管Paと、曲成部bを有する導出管Pbと、この導出管Pbの曲成部bに開口される油戻し孔18を備えている。
【0042】
上記バイパス管11のタンク10接続位置と、これに対する油戻し孔18の位置をなお説明すると、バイパス管11のタンク10接続位置に対して180度存する位置に油戻し孔18が設けられている。
【0043】
すなわち、図に示すように、バイパス管11がタンク10の左側の側面下部に接続されていれば、油戻し孔18は導出管Pbの左右方向に曲成される曲成部bの右側部に開口される。
【0044】
また、図に二点鎖線で示すように、バイパス管11がタンク10の背面側に接続されていれば、油戻し孔18は曲成部bの手前側に開口される。いずれにしても、バイパス管11の接続高さ位置Haは、導出管Pbの曲成部bにおける内側高さHbよりも高い位置が選択される。
【0045】
このような構成で、ホットガスバイパス回路Gの開閉弁12を開放してホットガスをアキュームレータタンク10に導くと、ホットガスは浮力によりバイパス管11接続位置よりも上方向に行く。
【0046】
そのため、バイパス管11から出たホットガスが油戻し孔18に直接吸込まれる(ショートサーキット)ようなことがなく、液冷媒を効率よく攪拌して二層分離の回避を実現することができる。
【0047】
なお、冷凍サイクルに用いられる冷媒がR32やR410Aのような高圧冷媒の場合は耐圧設計をしなければならず、その結果、アキュームレータ6のタンク10の肉厚が大きくなり、コストアップしてしまう。
【0048】
これを回避するには、胴径を小さくして高さ寸法を増大させ容量を稼ぐのが最も簡便であるが、高さ寸法がアップするとタンク10におけるヘッド差により、液戻り特性および油戻り特性が悪化する。
【0049】
この種の不具合を改善するためには、導出管内を流れる冷媒の流速を上げて、油戻し孔を介して導出管内と管外の差圧を大にし、油の戻り特性の向上を図る考えがあるが、その反面、導出管における圧力損失が増え、成績係数が低下するという問題が発生する。
【0050】
ここでは、上述したようにホットガスバイパス回路Gを備えたので、タンク10の高さ寸法がアップしても、ホットガスは上方向(すなわち高さ方向)に吹き上がり、液冷媒と冷凍機油を効率よく攪拌でき、タンク高さに関係なく効果が期待できる。
【0051】
しかも、高さのあるアキュームレータタンク10ではヘッド差が増える方向で油戻り特性が悪化するが、ホットガス注入による攪拌作用と、油の粘性低減により油戻り特性を確保できる。
【0052】
図6は、ホットガスバイパス回路Gに設けられる開閉弁12を制御する制御部15の実施の形態のフローチャートを示している。
【0053】
ステップS1にて圧縮機1を起動したあと、ステップS2で温度センサが検出した外気温度Toと予め制御部15に記憶されている設定外気温度To1とを比較する。ToがTo1よりも高い場合(YES)はステップS3に移って、制御部15は開閉弁12のoff(閉成)状態を継続する。
【0054】
ToがよりTo1が低い場合(NO)は、アキュームレータ6内に液冷媒が多く溜まっていると判断してステップS4に移り、制御部15は開閉弁12をonとする。すなわち、開閉弁12は開放されホットガスがアキュームレータ6にバイパスされて上述したような作用効果が得られる。
【0055】
ステップS3とステップS4の何れにしても、ステップS5に移ってタイマーを作動させ所定時間t1の経過を待つ。t1経過後はステップS6に移って、圧縮機1の吐出側に接続される冷媒管Pの温度Tdを検出し、予め制御部15に記憶される冷媒管Pの設定温度Td1と比較する。
【0056】
TdがTd1よりが高い場合(YES)はステップS7に移って、制御部15は開閉弁12をoffに切換える。すなわち、圧縮機1の吐出ガス温度が設定値よりも高くなり冷媒温度が全体的に上がってアキュームレータ6にホットガスをバイパスさせる必要がないものと判断して、開閉弁12を閉成する。
【0057】
TdがTd1より低い場合(NO)はステップS8に移って、単位時間での圧縮機1の吐出側冷媒管Pの温度ΔTdを演算し、予め制御部15に記憶される単位時間での吐出側冷媒管Pの設定温度ΔTd1と比較する。
【0058】
演算した単位時間での圧縮機1の吐出側冷媒管Pの温度ΔTdが、予め制御部15に記憶される単位時間での設定温度ΔTd1より高い場合(YES)は、ステップS7に戻って制御部15は開閉弁12のoff状態を継続する。
【0059】
演算した単位時間での圧縮機1の吐出側冷媒管Pの温度ΔTdが、予め制御部15に記憶される単位時間での冷媒管Pの設定温度ΔTd1より低い場合(NO)は、ステップS9に移って制御部15は開閉弁12をonに切換え、開放してホットガスをアキュームレータ6にバイパスさせる。
【0060】
このような制御をなすことにより、アキュームレータ6内に液冷媒または冷凍機油が滞留し易い状態を確実に判断でき、ホットガスバイパスの有効的な活用を図れる。
【0061】
図7(A)は、さらに他の実施の形態に係るホットガスバイパス回路Gに対する制御手段を備えた空気調和機の冷凍サイクル構成図であり、図7(B)は実際の制御フローチャート図である。
冷凍サイクル回路Kとホットガスバイパス回路Gについては先に説明したものと全く同一につき、ここでは同番号を付して新たな説明を省略する。
【0062】
制御の一手段として、アキュームレータ6の一次側である導入管Paに第1の温度センサ21が取付けられ、二次側である導出管Pbに第2の温度センサ22が取付けられ、それぞれの温度センサ21,22は制御部(図示しない)と電気的に接続される。
【0063】
ステップU1にて圧縮機1が起動されると、ステップU2で第1の温度センサ21がアキュームレータ6の一次側の温度を検出してその信号を制御部へ送る。
また、第2の温度センサ22はアキュームレータ6の二次側の温度を検出してその信号を制御部へ送る。
【0064】
制御部では一次側の温度T1と二次側の温度T2の温度差(T1−T2)と、予め制御部に記憶された設定温度差値ΔTaと比較する。T1とT2との差が設定温度差値ΔTa以上(YES)あれば、アキュームレータ6内に液冷媒または冷凍油が滞留していると判断し、ステップU3に移って開閉弁12をonし開放してホットガスをアキュームレータ6にバイパスさせる。
【0065】
また、ステップU2でT1とT2との差が設定温度差値ΔTa以下(NO)であるときは、アキュームレータ6においてホットガスのバイパスは不要であると判断して、ステップU4に移って開閉弁12をoffし閉成する。
【0066】
ステップU3でホットガスをアキュームレータ6にバイパスしたあとでも、第1の温度センサ21と第2の温度センサ22は引き続いて温度検知をなし、その信号を制御部へ送る。
【0067】
制御部では、ステップU5で別途設定されている温度差値ΔTbと比較する。この設定温度差値ΔTbは、0を僅かに上回る値であって、上記T1とT2とに間にある程度の温度差が存在するか否かの設問をなす。
【0068】
T1とT2との温度差が設定温度差値ΔTb以下(YES)あれば、アキュームレータ6内の液冷媒または冷凍機油が完全に吐け、冷媒ガスのみになったと判断し、ステップU6に移って開閉弁12をoffし閉成する。
【0069】
ステップ5でT1とT2との差が設定温度差値ΔTb以上(NO)であれば、アキュームレータ6内に液冷媒または油の多くが残存していると判断し、ステップU3に移って開閉弁6をonし開放する。
【0070】
このような制御手段を設けることにより、不必要にホットガスを供給してしまい、それによる成績係数が低下するのを防止できる。そして、アキュームレータ6内の状態変化に速やかに応じて開閉弁12を作動させ、攪拌・蒸発による戻り特性の向上と液バックの防止を図れる。
【0071】
なお、上述の制御手段に加えて、アキュームレータ6の一次側である導入管Paに冷媒過熱度を検出する手段(たとえば、圧力センサ23)を設け、アキュームレータ6の一次側で過熱度が目標値に達し、かつT1とT2との差が設定値ΔTa以上の場合に開閉弁12をonし開放するようにしてもよい。
【0072】
いずれにしても、アキュームレータ6の一次側の温度と二次側の温度との差が設定温度差値以上になったときのみ開閉弁12を開放するようにしたので、アキュームレータ6前後の温度差により、内部の液溜まり状態を検知し、液冷媒が保有されているときのみホットガスパイパスによる攪拌作用を得る。
【0073】
図8は、さらに異なる構成のホットガスバイパス回路Gaを備えた空気調和装置の冷凍サイクル構成図である。冷凍サイクル回路K自体は先に説明したものと同一であり、同番号を付して新たな説明を省略する。
【0074】
圧縮機1の吐出側冷媒管Pからバイパス管11が分岐されていて、このバイパス管11には開閉弁12と第1のキャピラリーチューブ25が設けられ、アキュームレータタンク10の底部に接続される。
【0075】
さらに、開閉弁12と第1のキャピラリーチューブ15との間のバイパス管11の中途部から別のバイパス管11aが分岐され、このバイパス管11aには第2のキャピラリーチューブ26が設けられたうえで、上記アキュームレータ6の二次側である導出管Pbの中途部に接続される。
【0076】
すなわち、上記ホットガスバイパス回路Gaは、圧縮機1から吐出されるホットガスの一部を分流してアキュームレータ6の底部に導入する回路と、圧縮機から吐出されるホットガスの一部を分流してアキュームレータ6の二次側に導入する回路とが並設される。
【0077】
それぞれの回路の上流側に開閉弁12が設けられ、かつそれぞれの回路にキャピラリーチューブ(絞り装置)25,26が設けられる。これらキャピラリーチューブ25,26は、冷媒音対策をなすとともに流量調整用となる。
【0078】
このような構成において、アキュームレータ6内に液冷媒または冷凍機油が滞留したとき、開閉弁12を開放してホットガスをバイパスしアキュームレータ6内の攪拌、蒸発を促進して、戻り特性、蒸発特性を向上させる。
【0079】
また、アキュームレータ6の二次側である導出管Pbを介して圧縮機1に戻るガス冷媒が冷え込んでいても、第2のキャピラリーチューブ26を備えた回路からホットガスが導かれて冷媒を加熱する。
【0080】
すなわち、アキュームレータ6へのバイパス効果を維持しながら、直接圧縮機1吸込み側へホットガスを注入するので、低温起動やデフロスト(除霜)運転後の立ち上がり、および落差配管時に顕著に見られる低圧の異常低下を防止する効果がある。
【0081】
アキュームレータ6への攪拌作用による液冷媒蒸発、二層分離対策効果とともに、圧縮機1の吸込みの加熱効果を同時に得られ、かつ起動特性の改善(低圧カット防止)と吸込み温度低下による圧縮機1の冷え込み防止により、信頼性確保を図ることができる。
【0082】
図9は複数台の室外ユニットM1,M2と、図示しない複数の室内ユニットの組み合わせからなる、いわゆるマルチ式の空気調和装置の冷凍サイクル構成図である。
【0083】
それぞれの室外ユニットM1,M2には、複数台の圧縮機1と、単体であるオイルセパレータ30と、四方切換弁2と、室外側熱交換器3と、リキッドタンク31およびアキュームレータ6が収容される。
【0084】
さらに、室外ユニットM1,M2相互はバランス回路Bによって連通される。
このバランス回路Bは各室外ユニットM1,M2に配置される圧縮機1相互を直接連通するとともに、圧縮機1の吸込み側、オイルセパレータ30およびアキュームレータ31の二次側とに連通する分岐回路を備えている。
【0085】
上記室外ユニットM1,M2にはオイルセパレータ30と四方切換弁2との間の冷媒管Pから分岐し、アキュームレータ6に接続するバイパス管11が設けられていて、このバイパス管11に開閉弁12とキャピラリーチューブ13を備えたホットガスバイパス回路Gが設けられる。
【0086】
室外ユニットM1,M2は、ガス主冷媒管PGと、液主冷媒管PLを介して図示しない複数の室内ユニットに連通する。各室内ユニットには室内熱交換器が収容され、これらでマルチ式の冷凍サイクルが構成される。
【0087】
運転条件に応じて、複数台のうちの少なくとも1台の室外ユニット(たとえばM1)が運転を継続し、残りの室外ユニット(たとえばM2)が運転を停止する場合がある。
【0088】
このとき、停止側の室外ユニットM2では低圧バランスさせて冷房時はガス主冷媒管PGから、暖房時は図中一点鎖線矢印に示すようにバランス回路Bを介して冷媒回収をなす。
【0089】
しかしながら、停止した室外ユニットM2がガスバランスすると、低圧ラインに寝込んだ冷媒は液のままで大量に滞留し、特に停止した室外ユニットM2におけるアキュームレータ6に溜まる。
【0090】
運転条件に応じて、停止していた室外ユニットM2が再び起動すると、制御部はホットガスバイパス回路Gの開閉弁12を開放するよう制御する。圧縮機1から吐出されるホットガスの一部はホットガスバイパス回路Gを介してアキュームレータ6に導かれ、滞留している液冷媒を速やかに蒸発させる。
【0091】
このように、搭載される圧縮機1の全てが停止している室外ユニットM2が存在する状態で、その停止している室外ユニットM2が起動する際、ホットガスバイパス回路Gの開閉弁12を所定時間開放してアキュームレータ6内へホットガスを導くことにより、起動後の液圧縮を回避することができる。
【0092】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、、アキュームレータ内で液冷媒と冷凍機油の二層分離が発生した状態でも、これら液冷媒と油を確実に混合して、圧縮機への油戻し効率を向上させ、よって信頼性の向上を図れる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る、空気調和装置の冷凍サイクル構成図。
【図2】同実施の形態に係る、アキュームレータの断面図。
【図3】同実施の形態に係る、アキュームレータ内部の互いに異なる状態を説明する図。
【図4】同実施の形態に係る、アキュームレータ内での冷媒と冷凍機油の混合状態における特性図。
【図5】他の実施の形態に係る、アキュームレータの断面図と冷凍サイクル構成図。
【図6】さらに他の実施の形態に係る、ホットガスバイパス回路の開閉弁に対する制御フローチャート図。
【図7】さらに他の実施の形態に係る、冷凍サイクル構成図と、ホットガスバイパス回路の開閉弁に対する制御フローチャート図。
【図8】さらに他の実施の形態に係る、冷凍サイクル構成図。
【図9】さらに他の実施の形態に係る、室外ユニット側における冷凍サイクル構成図。
【符号の説明】
1…圧縮機、6…アキュームレータ、G…ホットガスバイパス回路、12…開閉弁、10…タンク、Pa…導入管、b…曲成部、Pb…導出管、18…油戻し孔、15…制御部(制御手段)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner including an accumulator arranged on a suction side of a compressor.
[0002]
[Prior art]
The accumulator provided in the refrigeration cycle has a tank, an inlet pipe connected to the upper part of the tank and guiding the evaporated refrigerant into the tank, and a gas refrigerant having a substantially U-shaped bent part and gas-liquid separated from the open end of the upper part of the tank. And an oil return hole for returning the refrigerating machine oil accumulated at the tank bottom to the compressor at the bent portion of the outlet pipe.
[0003]
As a prior art, [Patent Document 1] discloses that at least one auxiliary oil return hole is provided vertically along an opening-side pipe wall of an outlet pipe in addition to an oil return hole at the bottom of an outlet pipe, and the presence or absence of liquid refrigerant is provided. Regardless of this, even if the refrigerating machine oil and the liquid refrigerant are separated into two layers, a technique capable of returning the oil to the compressor via the auxiliary oil return hole is disclosed.
[0004]
[Patent Publication 1]
JP-A-11-14201
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the heating operation is performed when the outside air temperature is extremely low, a large amount of liquid refrigerant is temporarily held inside the accumulator at the time of startup. Under such conditions, the liquid refrigerant is sucked not only from the oil return hole but also from the plurality of auxiliary oil return holes, and the amount of liquid back to the compressor increases, which is not preferable in terms of the reliability of the compressor.
[0006]
Further, in the rotary compressor, the refrigerant is directly sucked into the compression chamber, so that the danger is particularly large. Since the amount of oil returned (hole diameter) of the suction cup provided at the compressor suction part is determined, the liquid refrigerant and oil easily accumulate in the suction cup excessively, and the compressor may be damaged by liquid compression / oil compression. There is.
[0007]
Further, in an air conditioner using a refrigerant having a relatively high working pressure such as R32 or R410A, the tank thickness of the accumulator needs to be increased due to pressure resistance design. Simply increasing the thickness of the tank results in an increase in cost. Therefore, it is common practice to increase the height of the tank and increase the height to increase the capacity.
[0008]
Even in such an accumulator, the oil return hole is provided at the lowermost portion of the curved portion of the introduction pipe, so that when the refrigerant oil and the liquid refrigerant are separated into two layers, the oil present on the liquid surface of the liquid refrigerant is compressed. Will not be returned to the machine.
[0009]
If liquid refrigerant or oil is accumulated only at the bottom of the accumulator, the oil return characteristics will be degraded due to the head difference between the tanks. In particular, at a low temperature where the viscosity of the oil becomes high, this tendency becomes remarkable.
[0010]
To remedy this kind of problem, the idea is to increase the flow velocity of the refrigerant flowing in the outlet pipe, increase the differential pressure between the outlet pipe and the outside pipe through the oil return hole, and improve the oil return characteristics. However, on the other hand, there is a problem that the pressure loss in the outlet pipe increases and the coefficient of performance decreases.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to reliably mix the liquid refrigerant and the oil even when the liquid refrigerant and the refrigerating machine oil are separated into two layers in the accumulator. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an air conditioner in which the efficiency of returning oil to the compressor is improved, thereby improving reliability.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, an air conditioner of the present invention is provided on a suction side of a compressor constituting a refrigeration cycle, and introduces refrigerant evaporated in a heat exchanger to perform gas-liquid separation. A hot gas bypass circuit that includes an accumulator that guides the separated gas refrigerant to the compressor and guides the hot gas discharged from the compressor to a part of the hot gas, and a hot gas bypass circuit that is provided in the hot gas bypass circuit. An on-off valve that is controlled to open and close according to set conditions is provided.
[0013]
By adopting the means for solving such a problem, even when the liquid refrigerant and the oil are separated into two layers in the accumulator, the liquid refrigerant and the oil are surely mixed.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle of an air conditioner, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of an accumulator used in the refrigeration cycle.
[0016]
One port of the four-
[0017]
The refrigerant pipe connected to the remaining ports of the four-
[0018]
Thus, the air conditioner is provided with the heat pump type refrigeration cycle circuit K, and the discharge side refrigerant pipe P of the
[0019]
The
[0020]
An on-off
[0021]
The
[0022]
The leading ends of the introduction pipe Pa and the discharge pipe Pb are provided at positions not opposing each other. Although the opening at the end of the introduction pipe Pa is closed by a
[0023]
An
[0024]
As described above, the bottom of the
[0025]
In the air-conditioning apparatus having the above-described configuration, when the cooling operation is selected, the high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0026]
When the heating operation is selected, a high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from the
[0027]
During both the cooling operation and the heating operation, the evaporated refrigerant is introduced into the
[0028]
FIG. 3A schematically shows a state inside the
When the
[0029]
That is, from the relationship of specific gravity, there is a layer R of the liquid refrigerant on the lower side of the
[0030]
In such a case, the liquid refrigerant and the refrigerating machine oil are sucked from the
[0031]
FIG. 3B is a diagram schematically showing a state inside the
[0032]
By opening the on-off
[0033]
The hot gas led to the
[0034]
That is, by bypassing the hot gas into the
[0035]
FIG. 4 shows the oil / refrigerant concentration of the ester oil-based refrigeration oil and the liquid separation characteristics of the refrigerant / refrigeration oil. In the figure, "insoluble" indicates a state in which the oil and the liquid refrigerant are not completely dissolved, and "compatible" indicates that the oil and the liquid refrigerant are almost completely melted and are in a substantially transparent state. "Suspension" refers to a state in which oil is dissolved to some extent in a refrigerant, but there are many portions that do not melt, and the temperature is high and the oil becomes bubbles and becomes cloudy.
[0036]
In a certain region, the refrigerating machine oil and the liquid refrigerant are separated into two layers in the
[0037]
Here, the provision of the hot gas bypass circuit G allows the liquid refrigerant to flow due to the stirring effect of the hot gas even if there is an excessive liquid back and the two-layer separation of the refrigerating machine oil and the liquid refrigerant occurs inside the
[0038]
Further, since there is no need to provide a plurality of oil return holes as in the prior art [Patent Document 1], the amount of oil returned along with the amount of liquid returned to the compressor does not increase, and the reliability of the compressor does not decrease. .
[0039]
FIG. 5A is a diagram illustrating a structure of an
[0040]
Since the refrigeration cycle circuit K itself is not particularly changed, the same number is assigned and a new description is omitted. The
[0041]
The
[0042]
To further explain the connection position of the
[0043]
That is, as shown in the figure, if the
[0044]
If the
[0045]
With such a configuration, when the on-off
[0046]
Therefore, the hot gas that has flowed out of the
[0047]
When the refrigerant used in the refrigeration cycle is a high-pressure refrigerant such as R32 or R410A, a pressure-resistant design must be made, and as a result, the thickness of the
[0048]
In order to avoid this, it is easiest to increase the height to increase the capacity by reducing the body diameter. However, when the height is increased, the liquid return characteristic and the oil return characteristic due to the head difference in the
[0049]
To remedy this kind of problem, the idea is to increase the flow velocity of the refrigerant flowing in the outlet pipe, increase the differential pressure between the outlet pipe and the outside pipe through the oil return hole, and improve the oil return characteristics. However, on the other hand, there is a problem that the pressure loss in the outlet pipe increases and the coefficient of performance decreases.
[0050]
Here, since the hot gas bypass circuit G is provided as described above, even if the height of the
[0051]
Moreover, in the
[0052]
FIG. 6 shows a flowchart of an embodiment of the
[0053]
After starting the
[0054]
When To is lower than To1 (NO), it is determined that a large amount of liquid refrigerant is accumulated in the
[0055]
In either step S3 or step S4, the process proceeds to step S5 to operate the timer and wait for a predetermined time t1 to elapse. After elapse of t1, the process proceeds to step S6, where the temperature Td of the refrigerant pipe P connected to the discharge side of the
[0056]
When Td is higher than Td1 (YES), the process proceeds to step S7, and the
[0057]
If Td is lower than Td1 (NO), the process shifts to step S8 to calculate the temperature ΔTd of the discharge side refrigerant pipe P of the
[0058]
If the calculated temperature ΔTd of the discharge side refrigerant pipe P of the
[0059]
If the calculated temperature ΔTd of the discharge-side refrigerant pipe P of the
[0060]
By performing such control, a state in which the liquid refrigerant or the refrigerating machine oil easily stays in the
[0061]
FIG. 7A is a configuration diagram of a refrigeration cycle of an air conditioner including a control unit for a hot gas bypass circuit G according to still another embodiment, and FIG. 7B is an actual control flowchart. .
The refrigeration cycle circuit K and the hot gas bypass circuit G are exactly the same as those described above, and the same reference numerals are given here, and a new description will be omitted.
[0062]
As one means of control, a
[0063]
When the
Further, the
[0064]
The controller compares the temperature difference (T1−T2) between the primary temperature T1 and the secondary temperature T2 with a set temperature difference ΔTa stored in the controller in advance. If the difference between T1 and T2 is equal to or greater than the set temperature difference value ΔTa (YES), it is determined that the liquid refrigerant or the refrigeration oil has accumulated in the
[0065]
If the difference between T1 and T2 is equal to or smaller than the set temperature difference value ΔTa (NO) in step U2, it is determined that the hot gas bypass is unnecessary in the
[0066]
Even after the hot gas is bypassed to the
[0067]
The control unit compares the temperature difference value ΔTb set separately in step U5. The set temperature difference value ΔTb is a value slightly exceeding 0, and asks whether a certain temperature difference exists between T1 and T2.
[0068]
If the temperature difference between T1 and T2 is equal to or smaller than the set temperature difference value ΔTb (YES), it is determined that the liquid refrigerant or the refrigerating machine oil in the
[0069]
If the difference between T1 and T2 is equal to or greater than the set temperature difference value ΔTb (NO) in
[0070]
By providing such a control means, it is possible to prevent unnecessary supply of hot gas and thereby reduce the coefficient of performance. Then, the on-off
[0071]
In addition to the above control means, a means (for example, a pressure sensor 23) for detecting the degree of superheat of the refrigerant is provided in the inlet pipe Pa, which is the primary side of the
[0072]
In any case, the on-off
[0073]
FIG. 8 is a configuration diagram of a refrigeration cycle of an air conditioner including a hot gas bypass circuit Ga having a further different configuration. The refrigeration cycle circuit K itself is the same as that described above, and the same numbers are assigned and new explanations are omitted.
[0074]
A
[0075]
Further, another
[0076]
That is, the hot gas bypass circuit Ga divides a part of the hot gas discharged from the
[0077]
An on-off
[0078]
In such a configuration, when the liquid refrigerant or the refrigerating machine oil stays in the
[0079]
In addition, even if the gas refrigerant returning to the
[0080]
That is, since the hot gas is directly injected into the suction side of the
[0081]
In addition to the effect of countermeasures against liquid refrigerant evaporation and two-layer separation due to the agitating action on the
[0082]
FIG. 9 is a configuration diagram of a refrigeration cycle of a so-called multi-type air conditioner including a combination of a plurality of outdoor units M1 and M2 and a plurality of indoor units (not shown).
[0083]
Each of the outdoor units M1 and M2 accommodates a plurality of
[0084]
Further, the outdoor units M1 and M2 are communicated with each other by a balance circuit B.
The balance circuit B includes a branch circuit that directly communicates with the
[0085]
The outdoor units M1 and M2 are provided with a
[0086]
The outdoor units M1 and M2 communicate with a plurality of indoor units (not shown) via the gas main refrigerant pipe PG and the liquid main refrigerant pipe PL. Each indoor unit houses an indoor heat exchanger, and these constitute a multi-type refrigeration cycle.
[0087]
Depending on the operating conditions, at least one of the plurality of outdoor units (for example, M1) may continue to operate, and the remaining outdoor units (for example, M2) may stop operating.
[0088]
At this time, in the outdoor unit M2 on the stop side, the refrigerant is recovered from the gas main refrigerant pipe PG at the time of cooling through the balance circuit B as shown by a dashed-dotted arrow in the figure during low-pressure balance and cooling.
[0089]
However, when the stopped outdoor unit M2 is gas-balanced, a large amount of refrigerant stagnating in the low-pressure line stays in a liquid state and stays in the
[0090]
When the stopped outdoor unit M2 is restarted according to the operating conditions, the control unit controls the open /
[0091]
As described above, when the stopped outdoor unit M2 is started in a state where the outdoor unit M2 in which all of the mounted
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even in a state where two-layer separation of the liquid refrigerant and the refrigerating machine oil has occurred in the accumulator, these liquid refrigerants and the oil are surely mixed to improve the oil return efficiency to the compressor. Thus, there is an effect that the reliability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the accumulator according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating different states inside the accumulator according to the embodiment.
FIG. 4 is a characteristic diagram in a state where the refrigerant and the refrigerating machine oil are mixed in the accumulator according to the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view and a refrigeration cycle configuration diagram of an accumulator according to another embodiment.
FIG. 6 is a control flowchart for an on-off valve of a hot gas bypass circuit according to still another embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram of a refrigeration cycle and a control flowchart for an on-off valve of a hot gas bypass circuit according to still another embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of a refrigeration cycle according to still another embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram of a refrigeration cycle on the outdoor unit side according to still another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記圧縮機から吐出されるホットガスの一部を分流して上記アキュームレータへ導入するホットガスバイパス回路と、
このホットガスバイパス回路に設けられ、運転条件に応じて開閉制御される開閉弁とを具備したことを特徴とする空気調和装置。An air conditioner provided on the suction side of a compressor constituting a refrigeration cycle, including an accumulator for introducing a refrigerant evaporated in a heat exchanger to separate the refrigerant into gas and liquid, and introducing and guiding the separated gas refrigerant to the compressor. In the device,
A hot gas bypass circuit for diverting a part of the hot gas discharged from the compressor and introducing it to the accumulator,
An on-off valve provided in the hot gas bypass circuit and controlled to open and close according to operating conditions.
上記ホットガスバイパス回路のアキュームレータタンクへの接続位置は、上記油戻し孔とは180度存した位置で、かつ上記導出管曲成部の内側高さよりも高い位置であることを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。The accumulator has a tank, an introduction pipe connected to the tank, for introducing and guiding the evaporative refrigerant into the tank, and a bent portion that is bent in a substantially U shape near the bottom in the tank, and has an opening at the top of the tank. An outlet pipe for guiding the gas refrigerant, which has been gas-liquid separated from the opening end, to the compressor, and an oil return hole opened at the bent portion of the outlet pipe for guiding the lubricating oil accumulated at the tank bottom to return to the compressor. With
The connection position of the hot gas bypass circuit to the accumulator tank is located at a position 180 degrees from the oil return hole and at a position higher than the inner height of the bent portion of the outlet pipe. 2. The air conditioner according to 1.
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