JP2005049057A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＨＣＦＣ冷媒からＨＦＣ冷媒を使用した冷凍サイクル装置に切替える際、延長配管を取替えずにＲ４１０Ａ冷媒対応の室外機、室内機に変更することができる冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】 圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５などにより構成された室外機１と、室内流量制御弁６、室内熱交換器７などにより構成された室内機２とを液側延長配管８及びガス側延長配管９で接続する。室外熱交換器と液側延長配管とを接続する液配管の中途に接続された第１の減圧装置２０と、室外熱交換器の中途から第１の減圧装置と液側延長配管との間の液配管に接続され、第２の減圧装置２２が設けられたバイパス管２１と、このバイパス管の第１の減圧装置と液側延長配管との間を接続する配管部分の冷媒温度を検知する冷媒温度センサ２３と、圧縮機出口の冷媒圧力を検知する吐出圧力センサ１０とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ＨＣＦＣ冷媒などの冷媒を使用した冷凍サイクル装置から、オゾン層を破壊しないＨＣＦＣ冷媒より高圧となるＨＦＣ冷媒を使用した冷凍サイクル装置にリプレースする際に室外機と室内機とを接続する延長配管を取り替えずそのまま再利用するＨＦＣ冷媒使用の冷凍サイクル装置に関するものである。

従来のＨＣＦＣ冷媒を使用し、圧縮機、熱交換器、ファンなどにより構成された冷凍サイクル装置よりなる空気調和機からＨＦＣ冷媒を使用した冷凍サイクル装置よりなる空気調和機に変更する場合に、室外機と室内機とをＨＦＣ冷媒使用のものに変更し、室外機と室内機を接続する延長配管はそのまま再利用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−４１６１３号公報

上記従来技術では、延長配管の耐圧は、ＨＣＦＣ−Ｒ２２冷媒の設計圧力２８ｋｇ／ｃｍ2程度とされている。このため、オゾン層を破壊しないＨＦＣ−Ｒ４１０Ａ冷媒を使用した空気調和機にリプレースする場合は、Ｒ４１０Ａ冷媒はＲ２２冷媒に比べ圧力が約１．４倍高くなることから、延長配管の耐圧を超えてしまうことになり、延長配管も取替える必要があるという問題があった。
Ｒ２２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒の飽和温度と飽和圧力を図８に示す。
図８から明らかなように、飽和温度が約５０℃を超える運転ではＲ４１０ＡはＲ２２の設計圧力を大きく超えることになることが理解される。

この発明は、ＨＣＦＣ冷媒から、この冷媒より高圧となるＨＦＣ冷媒を使用した冷凍サイクル装置に切替える際に延長配管を取替えることなく、Ｒ４１０Ａ冷媒対応の室外機、室内機に変更することができる冷凍サイクル装置を提供するものである。

この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外送風機などにより構成された室外機と、室内流量制御弁、室内熱交換器、室内送風機などにより構成された室内機とを液側延長配管及びガス側延長配管で接続し構成されたものにおいて、室外熱交換器と液側延長配管とを接続する液配管の中途に接続された第１の減圧装置と、室外熱交換器の中途から第１の減圧装置と液側延長配管との間の液配管に接続され、第２の減圧装置が設けられたバイパス管と、このバイパス管の第１の減圧装置と液側延長配管との間を接続する配管部分の冷媒温度を検知する冷媒温度センサと、圧縮機出口の冷媒圧力を検知する吐出圧力センサとを備えたものである。

また、冷房時は、吐出圧力センサと、冷媒温度センサの検知値により第１の減圧装置を制御することにより既設配管耐圧以下で運転するとともに、暖房時は吐出圧力センサの検知圧力により圧縮機運転容量を制御することにより既設配管耐圧以下で運転するようにしたものである。

この発明に係る冷凍サイクル装置は、ＨＣＦＣ冷媒使用の冷凍サイクル装置からＨＦＣ−Ｒ４１０Ａの高圧冷媒にリプレースする際に、ＨＣＦＣ冷媒使用の冷凍サイクル装置時の延長配管をそのまま再利用することが可能であり、工事費の低減と工期短縮が行えるという効果がある。

実施形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の冷媒回路図、図２は室外熱交換器とバイパス管との接続関係を示す概略構成図、図３は制御フローを示すフローチャートである。
図１において、冷凍サイクル装置は、インバータ駆動圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５により構成された室外機１と、室内流量制御弁６、室内熱交換器７などにより構成された室内機２とを、液側延長配管８及びガス側延長配管９により接続して構成されている。圧縮機３の吐出側配管には吐出圧力センサ１０が設けられている。室外熱交換器５の出入口配管には第１及び第２の冷媒温度センサ１１、１２が設けられている。室内熱交換器７の出入口配管には第３及び第４の冷媒温度センサ１３、１４が設けられている。室外熱交換器５と液側延長配管８との間の配管には室外流量制御弁からなる第１の減圧弁２０が設けられている。また、室外熱交換器５の中途から第１の減圧弁２０と室内流量制御弁６との間の配管にバイパス接続するバイパス管２１が設けられている。このバイパス管２１の途中には毛細管からなる第２の減圧装置２２が設けられている。バイパス管２１の第２の減圧装置２２と、第１減圧弁２０と液側延長配管８との間を接続する配管には第５の冷媒温度センサ２３が設けられている。
図２において、室外熱交換器５は、伝熱フィン５ａ、伝熱管５ｂ、Ｕベント管５ｃとから構成され、中途のＵベント管５ｃにおいて、バイパス管２１に接続されるよう構成されている。

次にこの発明の冷凍サイクル装置の冷房運転について説明する。
冷房運転の吐出圧が延長配管の耐圧以下で運転される場合、圧縮機３により吐出された高圧高温ガス冷媒は、四方弁４を経て室外熱交換器５に流入して冷却され凝縮液化して液冷媒となる。そしてこの液冷媒は全開している第１の減圧弁２０を通り圧力をほとんど低下せずに液側延長配管８に流入して室内流量制御弁６により低温低圧となり室内熱交換器７で吸熱（室内空気を冷却）してガス化しガス状態となる。このガス冷媒はガス側延長配管９を通り室外機３に戻り、四方弁４を介して圧縮機３に戻る。
室内流量制御弁６は第３及び第４の冷媒温度センサ1３、１４の温度の温度差が所定の範囲になるよう制御する。概略は第４の冷媒温度センサ１４の検出値Ｔｅ２が第３の冷媒温度センサ１３の検出値Ｔｅ１より約５℃高くなるよう制御する。５℃より低い場合は室内流量制御弁６の開度を減少し、５℃より高い場合は開度を増加するよう制御される。
また、バイパス管２１を流通する冷媒は、室外熱交換器５の中途より分岐しているため気液二相状態で毛細管よりなる第２の減圧装置２２に流入し、第１の減圧弁２０出口の液冷媒と合流して液側延長配管８に流入する。

次に吐出圧が延長配管の耐圧以下で運転される場合について、図３に示す制御フローにより動作を説明する。
運転がスタート（ステップＳ０）すると、ステップＳ１で既設配管利用可能圧力Pｐ（例えば、２８kg／cm2）が設定される。これに基づきステップＳ２で既設配管利用圧力範囲を設定する。すなわち、ここで既設配管利用圧力範囲の上限PｓH、下限PｓL、圧力制御範囲ΔPを設定する。そして、ステップＳ３でこの上限PｓH、下限PｓLより飽和温度TｓH、TｓLがそれぞれ算出され、ステップＳ４で第１の減圧弁２０、第２の減圧装置２２は全開となり、ステップＳ５で冷房運転か否か判断する。そしてさらに、ステップＳ６で圧縮機吐出圧力Ｐ１と、第５の冷媒温度センサ２３の検出値T３を検知し、ステップＳ７、ステップＳ８で第５の冷媒温度センサ２３の検出値Ｔ３と、上記飽和温度TｓH及びTｓLとを比較し、第１の減圧弁２０の開度を制御する。この時、第５の冷媒温度センサ２３の検出値T３は室外熱交換器５の中途より分岐しているため気液二相状態で毛細管よりなる第２の減圧装置２２により減圧されるため第１の減圧弁２０出口圧力の飽和温度を示すことになる。従って、この飽和温度T３により圧力を間接的に検知することができる。
第１の減圧弁２０の開度は、ステップＳ７のTｓH＜T３の時はステップＳ９の如く所定開度減少し、また、ステップＳ８のTｓL＞T３の時はステップＳ１０所定開度増加し、結果として TｓL＜T３＜＝TｓH となるように制御される。
すなわち、第５の冷媒温度センサ２３の検出値T３がTｓL＜T３＜＝TｓH の範囲内にある時は第１の減圧弁２０の開度は保持される。

次にこの発明の冷凍サイクル装置の暖房運転に関わる制御について説明する。
暖房時は、圧縮機３により吐出された高圧高温ガス冷媒は、四方弁４を経てガス側延長配管９から室内熱交換器７に流入して冷却され凝縮液化して液冷媒となる。そしてこの液冷媒は室内流量制御弁６、液側延長配管８を通り第１の減圧弁２０で低圧まで減圧され、低温低圧となり室外熱交換器５で吸熱（室外空気を冷却）してガス化しガス状態となり再び圧縮機３に戻る。
そして、図３のステップＳ１１において、吐出圧力センサ１０の検出値P１と既設配管利用圧力範囲の上限PｓH を比較し、PｓH＜P１ではステップＳ１２の如く圧縮機運転周波数Hｚを所定値分低下し、PｓH＞P１となるまで圧縮機運転周波数Hzを低下させていく。
このように、吐出圧力センサ１０の検出値Ｐ１により圧縮機３の運転周波数Hｚを制御するため、延長配管８、９を流通する冷媒圧力は既設延長配管利用圧力範囲以下に抑えることができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図４に示す冷凍サイクル装置の構成は、図１の実施の形態１の冷凍サイクル装置と同一または相当部分を同一の符号で示し、構成の異なる部分のみ説明する。
この実施の形態２では、室外熱交換器５の中途から第１の減圧弁２０と室内流量制御弁６との間の配管にバイパス接続されたバイパス管２１の途中で、かつ毛細管からなる第２の減圧装置２２と、第１の減圧弁２０と液側延長配管８との間を接続する配管との間に逆止弁３０が設けられている。この逆止弁３０は冷房運転時にバイパス管２１に冷媒を流すが、暖房運転時にはバイパス管２１に冷媒を流さない方向に設けられている。
この実施の形態２では、冷房運転、暖房運転での運転制御は実施の形態１とほぼ同様であるが、上記逆止弁３０は暖房運転時にバイパス管２１に冷媒が流入しない方向に設けられているため、冷房時のみ冷媒が流通する。したがって、暖房時に液側延長配管８からバイパス管２１を経由して室外熱交換器５に流入することがないため、第１の減圧弁２０の制御に利用している第１の冷媒温度センサ１１に影響を与えることがなく流量制御が確実に行うことができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図５に示す冷凍サイクル装置の構成は、図１の実施の形態１の冷凍サイクル装置と同一または相当部分を同一の符号で示し、構成の異なる部分のみ説明する。
室外熱交換器５と第１の減圧弁２０との間の配管より分岐して圧縮機３の吸入管にバイパスする第２のバイパス管４０が設けられている。この第２のバイパス管４０の途中には第３の流量制御弁４１が設けられている。第２のバイパス管４０の第３の流量制御弁４１と圧縮機３吸入管との間の配管と、室外熱交換器５と第１の減圧弁２０との間の配管とを熱交換する過冷却熱交換器４２が設けられる。また、過冷却熱交換器４２の圧縮機３吸入管側配管と第３の流量制御弁４１側配管には第６及び第７の冷媒温度センサ４３、４４がそれぞれ設けられている。

次に実施の形態３における冷凍サイクル装置の冷房運転について説明する。
圧縮機３により吐出された高圧高温ガス冷媒は、四方弁４を経て室外熱交換器５に流入して冷却され凝縮液化して液冷媒となる。そしてこの液冷媒は全開している第１の減圧弁２０を通り圧力を少し低下されて液側延長配管８に流入して室内流量制御弁６により低温低圧となり室内熱交換器７で吸熱（室内空気を冷却）してガス化しガス状態となる。このガス冷媒はガス側延長配管９を通り室外機３に戻り、四方弁４を介して圧縮機３に戻る。
室内流量制御弁６は第３及び第４の冷媒温度センサ1３、１４の温度の温度差が所定の範囲になるよう制御する。概略は第４の冷媒温度センサ１４の検出値Ｔｅ２が第３の冷媒温度センサ１３の検出値Ｔｅ１より約５℃高くなるよう制御する。５℃より低い場合は室内流量制御弁６の開度を減少し、５℃より高い場合は開度を増加するよう制御される。
また、バイパス管２１を流通する冷媒は、室外熱交換器５の中途より分岐しているため気液二相状態で毛細管よりなる第２の減圧装置２２に流入し、第１の減圧弁２０出口の液冷媒と合流して液側延長配管８に流入する。
第２のバイパス管４０を流通する液冷媒は第３の減圧制御弁４１により圧縮機３の吸入圧力まで減圧され低温の気液二相状態となり、過冷却熱交換器４２を流通する液冷媒を冷却して蒸発ガス化した後に圧縮機３に吸入される。このようにして室外熱交換器５を出た液冷媒は過冷却が十分に大きくなるため、第１の減圧弁２０で延長配管利用範囲圧力まで減圧されても気液二相状態となることがない。したがって、室内流量制御弁６の入口冷媒状態が常に液状態となり流量制御性が悪くなるということがない。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図６に示す冷凍サイクル装置の構成は、図１の実施の形態１の冷凍サイクル装置と同一または相当部分を同一の符号で示し、構成の異なる部分のみ説明する。
液側延長配管８と室内流量制御弁７とを接続する配管の中途に気液分離手段である気液分離器５０が接続されている。この気液分離器５０とガス側延長配管９とを接続するガスバイパス管５１が設けられ、このガスバイパス管５１の中途には流量制御弁５２が設けられている。そして、ガス延長配管９のガスバイパス管５１接続位置と室外機１との間に第８の冷媒温度センサ５３が設けられている。

次に実施の形態４における冷凍サイクル装置の冷房運転について説明する。
冷房運転の吐出圧が延長配管の耐圧以下で運転される場合の動作は実施の形態１と同様の制御となるが、吐出圧が延長配管の耐圧以上で運転される場合には、液側延長配管８の冷媒状態を低圧の気液二相状態まで減圧し、中途に接続した気液分離器５０により、液冷媒を室内流量制御弁６に流入させ、一方のガス冷媒はガスバイパス管５１を流通させ、ガス延長配管９にバイパスするように制御される。
第５の冷媒温度センサ２３の検知温度が、第２の冷媒温度センサ１２の検知温度と第３の冷媒温度検知センサ１３の検知温度との間の温度となるよう第１の減圧弁２０の開度を制御することにより液側延長配管８の圧力が中間圧に制御される。また、流量制御弁５２はガスバイパス量を、第８の冷媒温度センサ５３の検知温度が第３の冷媒温度センサ１３の検知温度より低くなるよう開度を調整することにより制御する。したがって、ガスバイパス管５１に液冷媒が流通することがない。このように制御することにより液側延長配管８の冷媒圧力は既設延長配管の耐圧以下で運転される効果とともに、室内熱交換器７にガス冷媒が流入しないため圧力損失が低減され運転効率が上昇するという効果もある。

実施の形態５．
なお、上記した実施の形態では、液側の既設配管の圧力を検知するために、バイパス管２１を設けて室外熱交換器５の中途より二相冷媒を減圧装置で減圧した後の冷媒温度を検知するものであるが、第１の減圧弁２０から室内流量制御弁６にかけての配管に圧力センサを設けて、この圧力センサの検知圧力により制御するようにしても良い。

実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図７から明らかなように、この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を用いた空気調和機において、四方弁４から圧縮機３にかけての吸入配管に洗浄回路６０を接続したものである。この洗浄回路６０は、油回収装置６１、油濃度検知装置６２、バルブ６３を接続したものであり、これにより既設配管の洗浄が可能であり、洗浄中の圧力も既設配管の耐圧以下にすることができる。
なお、上記実施例では、Ｒ４１０Ａ冷媒について説明したが、これに限るものではなく、Ｒ３２単一冷媒などの高圧冷媒でも同様の効果が期待できるものである。

この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 室外熱交換器とバイパス管との接続関係を示す概略構成図である。 冷凍サイクル装置の制御フローを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態６における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 Ｒ２２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒の飽和温度と飽和圧力を示す特性図である。

符号の説明

１ 室外機、２ 室内機、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 室外熱交換器、６ 室内流量制御弁、７ 室内熱交換器、８ 液側延長配管、９ ガス側延長配管、１０ 吐出圧力センサ、１１〜１４ 第１〜第４の冷媒温度センサ、２０ 第１の減圧装置（減圧弁）、２１ バイパス管（第１の）、２２ 第２の減圧装置（毛細管）、２３ 第５の冷媒温度サンサ、３０ 逆止弁、４０ 第２のバイパス管、 ４１ 第３の流量制御装置、４２ 過冷却熱交換器、 ４３、４４ 第６、第７の冷媒温度センサ、 ５０ 気液分離器、 ５１ガスバイパス管、 ５２ 流量制御弁、 ５３ 第８の冷媒温度センサ、 ６０ 洗浄回路、６１ 油回収装置、６２ 油濃度検知装置、６３ バルブ。

Claims (7)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外送風機などにより構成された室外機と、室内流量制御弁、室内熱交換器、室内送風機などにより構成された室内機とを液側延長配管及びガス側延長配管で接続し構成された冷凍サイクル装置において、室外熱交換器と液側延長配管とを接続する液配管の中途に接続された第１の減圧装置と、室外熱交換器の中途から第１の減圧装置と液側延長配管との間の液配管に接続され、第２の減圧装置が設けられたバイパス管と、このバイパス管の第１の減圧装置と液側延長配管との間を接続する配管部分の冷媒温度を検知する冷媒温度センサと、圧縮機出口の冷媒圧力を検知する吐出圧力センサとを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 冷房運転時は吐出圧力センサと、冷媒温度センサの検知値により第１の減圧装置を制御することにより既設配管耐圧以下で運転することを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置
3. 暖房運転時は吐出圧力センサの検知圧力により圧縮機運転容量を制御し、既設配管耐圧以下で運転することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. バイパス管は、第２減圧装置と液側配管との間に冷房運転時にバイパス管に冷媒を流し、暖房運転時にはバイパス管に冷媒を流さない逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
5. 室外熱交換器と第１の減圧弁との間の配管より分岐して圧縮機の吸入管にバイパスする第２のバイパス管と、この第２のバイパス管の途中に設けられた第３の流量制御弁と、第２のバイパス管の第３の流量制御弁と圧縮機吸入管との間の配管及び室外熱交換器と第１の減圧弁との間の配管を熱交換する過冷却熱交換器とを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
6. 液側延長配管と室内流量制御弁とを接続する配管の中途に接続された気液分離手段と、この気液分離器とガス側延長配管とを接続するガスバイパス管と、このガスバイパス管の中途に設けた流量制御弁とを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
7. 四方弁から圧縮機にかけての吸入配管に洗浄回路を接続して洗浄運転を可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。

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