JP2006125717A

JP2006125717A - 空気調和機

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Publication number: JP2006125717A
Application number: JP2004313923A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kaneko; 孝金子
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: KR20060038339A; JP3984257B2; KR101160350B1

Abstract

【課題】ガスインジェクション回路を備える空気調和機において、装置コストを低減する。
【解決手段】空気調和機１は、室外熱交換器８から配管１５を介して気液分離器１６が接続されており、気液分離器１６から配管２１を介して室内熱交換器１０が接続されている。配管１５中には、逆止弁１７が設けられており、配管２１中には、電磁弁２２が設けられている。さらに、配管１５から配管２１へとバイパスするバイパス回路２５が設けられており、冷房運転時には、気液分離器１６を介さずに冷媒が循環するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスインジェクション方式の空気調和機に関する。

空気調和機は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、及び膨張弁を備え、さらに暖房能力を向上させるためにガスインジェクション回路が設けられているものがある。ガスインジェクション回路は、凝縮器と蒸発器との間に設けられた気液分離器と、気液分離器から圧縮機に接続されるインジェクション配管と、インジェクション配管中に設けられた電磁弁とから構成されており、気液が混合した二相流冷媒からガス成分（ガス冷媒）を分離し、ガス冷媒を蒸発器を通さずに、圧縮機に戻すようにしている。
ここで、冷房運転中には、気液分離器を通過する冷媒が液冷媒になるため、気液分離器の内部が液冷媒で満たされるようになる。気液分離器の容量としては、１リットル程度のものが広く用いられているが、例えば、２馬力程度の空気調和機では、冷媒は２〜３ｋｇ（液体時の容積で２〜３リットル）であるので、冷房時に気液分離器に液冷媒が多く滞溜すると、冷媒の量が不足して冷房性能が低下してしまう。そこで、従来の空気調和機には、気液分離器と凝縮器、及び蒸発器のそれぞれとの間に膨張弁を設け、気液分離器内に滞溜する冷媒の量を減少させているものがある（例えば、特許文献１参照）。

このように、気液分離器の前後に膨張弁を設けた従来の空気調和機の一例について、図４を参照して具体的に説明する。
この空気調和器１０１は、室外機１０２と、室内機１０３とからなる。室外機１０２は、圧縮機１０４と、室外熱交換器１０５とを備え、室内機１０３は、室内熱交換器１０６を備えている。各熱交換器１０５，１０６の間には、気液分離器１０７が配管１０８，１０９で接続されている。さらに、気液分離器１０７からは、インジェクション配管１１０が延びており、アキュームレータ１１１を介して圧縮機１０４にガス冷媒を回収できるようになっている。ここで、配管１０８の途中には、膨張弁１１２が設けられ、配管１０９の途中には、膨張弁１１３が設けられている。冷房時には、室外熱交換器１０５と室内熱交換器１０６とは、それぞれ凝縮器と、蒸発器として機能する。

この空気調和機１０１では、冷房運転時には、膨張弁１１３を全開にして、膨張弁１１２を絞り機構とする。インジェクション配管１１０の途中にある電磁弁１１４は閉じて、インジェクションは行わない。膨張弁１１２によって、気液分離器１０７に流入する冷媒を、低圧の二相冷媒とすることで、多量の液冷媒が気液分離器１０７に滞溜しないようにする。
暖房時には、膨張弁１１２を全開にして、膨張弁１１３を絞り機構とする。これによって、気液分離器１０７内にインジェクション用のガス冷媒を発生させ、このガス冷媒をインジェクション配管１１０を通って圧縮機１０４に回収する。なお、外気温が高い場合には、電磁弁１１４を閉じてインジェクションを行わないようにしても良い。
特開２００２−８１７６７号公報

しかしながら、この種の空気調和機１０１では、２つの膨張弁１１２，１１３を気液分離器１０７を挟むように設置する必要があるため、高コストであるという問題があった。さらに、冷房運転時に、蒸発前の液比率の高い二相冷媒が気液分離器に滞溜することを完全に防ぐことはできないので、冷凍サイクルを循環する冷媒量が減ってしまい、能力が低下するという問題があった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガスインジェクション回路を備える空気調和機において、装置コストを低減することである。また、ガスインジェクション回路を備える空気調和機において、冷房運転時に気液分離器に液冷媒が滞溜することを防止することである。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、圧縮機で加圧した冷媒を室内熱交換器及び室外熱交換器に循環させ、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間に配設した気液分離器から、ガス冷媒をインジェクション配管を通じて前記圧縮機に回収可能に構成された空気調和機において、前記室外熱交換器と前記気液分離器とを接続する第１の配管中に設けられ、前記室外熱交換機から前記気液分離器に向かう冷媒の通流を防止する第１の整流部と、前記室内熱交換器と前記気液分離器とを接続する第２の配管中に設けられ、前記室内熱交換機から前記気液分離器に向かう冷媒の通流を制御する第２の整流部と、前記室外熱交換器から排出される冷媒を、前記気液分離器を通すことなく前記室内熱交換器に供給するバイパス配管、及び前記バイパス配管中に設けられた前記室内熱交換器から前記室外熱交換器に向かう冷媒の通流を防止する第３の整流部を有するバイパス回路と、を備えることを特徴とする空気調和機とした。

この空気調和機では、暖房運転時には、室内熱交換器から排出される冷媒が、気液分離器に流入した後に、室外熱交換器に供給される。このとき、第３の整流部の存在によってバイパス回路には、冷媒は通流しない。また、インジェクション配管を使用する際には、気液分離器内に滞溜するガス冷媒を、室外熱交換器を介さずに圧縮機に回収させる。冷房運転時には、第１の整流部と、第２の整流部とによって、気液分離器には冷媒が流入せずに、バイパス回路を通って、室内熱交換器に供給される。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気調和機において、前記第１の整流部、及び前記第３の整流部は、逆止弁であることを特徴とする。
この空気調和機では、逆止弁を用いて冷媒の通流が規制される。逆止弁を使用することで、膨張弁等の切り替え制御が不要になる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気調和機において、前記バイパス回路は、前記室内熱交換器と前記第２の整流部との間で、前記第２の配管に接続されており、この接続部から前記室内熱交換器に至るまでの間で、前記第２の配管中に冷媒の圧力を調整する絞り部が設けられていることを特徴とする。
この空気調和機では、冷房運転時、及び暖房運転時の両方に共通する経路上に、絞り部が１つ設けられており、この絞り部によって熱交換器間の冷媒の圧力が調整される。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の空気調和機において、前記絞り部は、キャピラリであることを特徴とする。
この空気調和機では、絞り部がキャピラリからなり、このキャピラリにより略一様に冷媒が減圧される。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空気調和機において、冷房運転時に、前記インジェクション配管中の設けられた電磁弁を開状態にする制御部を備えることを特徴とする。
この空気調和機では、冷房運転時には、気液分離器に新たに冷媒が流入することはないが、予め気液分離器内に冷媒が滞溜していた場合には、この冷媒がガス冷媒としてインジェクション配管から排出される。

本発明によれば、バイパス回路を設け、冷房運転時に、室外熱交換器から室内熱交換器に冷媒を循環させる際に、冷媒が気液分離器に流入しないように構成したので、逐次制御が要求される膨張弁の数を減らすことができる。したがって、高価な部品の使用数の減少と、制御部の処理負担の低減を図ることができ、空気調和機のコストを低減することができる。また、冷房運転時には、気液分離器に冷媒が流入しないので、気液分離器における冷媒のロスが発生せず、十分な冷房能力を実現することができる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態に係る空気調和機の構成を示す回路図である。
図１に示すように、空気調和機１は、室外機２と、室内機３とから構成されている。
室外機２は、冷媒を加圧する圧縮機４を有し、圧縮機４の吐出口は、配管５によって、四方弁６の第１のポート６ａに接続されている。四方弁６の第２のポート６ｂには、配管７が接続されており、この配管７は、室外熱交換器８に接続されている。四方弁６の第３のポート６ｃには、配管９を介して室内機３の室内熱交換器１０が接続されている。そして、四方弁６の第４のポート６ｄには、配管１１を介してアキュームレータ１２が接続されており、アキュームレータ１２を介して冷媒を圧縮機４に還流できるようになっている。

室外熱交換器８には、配管（第１の配管）１５を介して気液分離器１６が接続されている。この配管１５中には、逆止弁１７が設けられている。逆止弁１７は、気液分離器１６から室外熱交換器８に向かう方向には冷媒の通流を許容するが、室外熱交換器８から気液分離器１６に向かう方向には冷媒の通流を禁止するように設定された第１の整流部である。

気液分離器１６には、インジェクション配管１８が接続されている。インジェクション配管１８は、一部がキャピラリ１８ａになっている配管で、アキュームレータ１２の入力側の配管１１に接続されている。さらに、インジェクション配管１８中には、電磁弁１９が設けられている。このような、気液分離器１６、インジェクション配管１８、及び電磁弁１９によって、ガスインジェクション回路２０が構成されている。
さらに、気液分離器１６は、配管（第２の配管）２１によって室内熱交換器１０に接続されている。配管２１中には、気液分離器１６側から順番に、第２の整流部である電磁弁２２と、絞り部である膨張弁２３とが配設されている。

ここで、室外機２には、配管１５と、配管２１とを直接に繋ぐように、バイパス回路２５が設けられている。バイパス回路２５は、バイパス配管２６と、バイパス配管２６中に設けられた逆止弁２７とから構成されている。バイパス配管２６の一端部は、配管１５の室外熱交換器８から逆止弁１７に至るまでの間に形成された接続部２８に接続されている。バイパス配管２６の他端部は、配管２１の電磁弁２２と膨張弁２３との間に形成された接続部２９に接続されている。逆止弁２７は、室外熱交換器８から室内熱交換器１０に向かう方向には冷媒の通流を許容し、その逆の方向には冷媒の通流を禁止するように設定された第３の整流部である。

なお、室外機２には、制御部３０が設けられている。制御部３０は、室内の温度や、ユーザの操作に応じて、予めメモリされているマップなどを検索し、四方弁６、電磁弁１９、電磁弁２２、及び膨張弁２３の制御を行うように構成されている。

次に、この空気調和機１の作用について説明する。
まず、制御部３０によって制御される電磁弁１９、電磁弁２２、及び膨張弁２３の動作を表１に示す。

表１に示すように、暖房運転時には、ガスインジェクションなしの通常運転と、ガスインジェクションを行う低外気温時の運転との２通りを選択することができる。表１に示すように、通常運転時には、電磁弁１９は閉じ、電磁弁２２は開く。膨張弁２３は、通常制御、すなわち、設定温度等に応じて開度が調整される。また、四方弁６は、第１のポート６ａと第３のポート６ｃとが連通され、第２のポート６ｂと第４のポート６ｄとが連通するように切り替えられる。これによって、図２に示すように、冷媒は、矢印Ａ１に示す向きに流れる。すなわち、圧縮機４から吐出された高圧のガス冷媒は、配管９を通り、室内機３の室内熱交換器１０に導かれ、ここで熱を放出して液化し、高圧の液冷媒として配管２１から排出される。この液冷媒は、膨張弁２３によって低圧に減圧され気液が混合した二相流冷媒となった後に、電磁弁２２を通って気液分離器１６に流入する。このとき、逆止弁２７は、この方向には液冷媒を通流させないので、液冷媒がバイパス配管２６を通って室外熱交換器８に流入することはない。気液分離器１６からは、配管１５のみに液冷媒が流出するので、この液冷媒は、逆止弁１７を通過した後に室外熱交換器８に導かれる。室外熱交換器８では、液冷媒が熱交換によって吸熱してガス冷媒となる。このガス冷媒は、配管７、四方弁６、及び配管１１を通ってアキュームレータ１２に供給された後に、圧縮機４に戻る。

低外気温時の運転では、表１に示すように、電磁弁１９が開かれ、冷媒は、矢印Ａ１に示す方向に加えて、ガスインジェクション回路２０にも、矢印Ａ２に示すように通流する。すなわち、気液分離器１６に流入した冷媒に含まれるガス成分が、配管１８に吸い込まれ、キャピラリ１８ａによって減圧された後に、配管１１を通流するガス冷媒に合流し、アキュームレータ１２に供給される。

さらに、表１に示すように、冷房運転時には、電磁弁１９が開き、電磁弁２２が閉じ、膨張弁２３が通常制御に切り替わる。さらに、図１に示すように、四方弁６が切り替えられる。これによって、冷媒は、図１に矢印Ｂに示す向きに流れる。すなわち、圧縮機４から吐出された高圧のガス冷媒は、配管７を通って室外熱交換器８に導かれる。室外熱交換器８では、熱交換によって冷媒が液化する。この液冷媒は、配管１５に流入するが、逆止弁１７は、この方向には液冷媒を通流させないので、液冷媒は、バイパス回路２５に流入する。バイパス回路２５の逆止弁２７は、この方向には液冷媒の通流を許容するので、液冷媒は、バイパス回路２５を通って、配管２１に直接に流入する。ここで、電磁弁２２は、閉じているので、液冷媒は、気液分離器１６に流入せずに、膨張弁２３で減圧された後に、室内機３の室内熱交換器１０に供給され、ここで熱交換による吸熱反応によって気化し、ガス冷媒となる。このガス冷媒は、配管９から排出され、四方弁６、及び配管１１を通ってアキュームレータ１２に導入された後に、圧縮機４に戻る。

このように、冷房運転をしている間は、気液分離器１６に液冷媒が流入することはないが、初期状態として、液冷媒が気液分離器１６に滞溜していることがある。この空気調和機１では、電磁弁１９を開くことで、気液分離器１６に滞溜している冷媒をガス冷媒として取り出して配管１８から配管１１に戻す。その結果、冷房運転中には、気液分離器１６に冷媒が滞溜しない。

この実施の形態では、気液分離器１６を含むガスインジェクション回路２０を有する場合に、バイパス回路２５を設け、配管１５に逆止弁１７設けたので、冷房運転時には、室外熱交換器８から気液分離器１６を介さずに、室内熱交換器１０に液冷媒を供給することが可能になる。したがって、冷房運転時には、気液分離器１６を介さずに冷媒が循環し、気液分離器１６に冷媒が流入することがなくなるので、冷媒を有効活用することができ、冷房能力が低下することはない。ここで、バイパス回路２５には、逆止弁２７を設けたので、暖房時には冷媒がバイパス回路２５を流れずに、従来と同様の循環回路を形成することができる。
冷媒の循環経路を制御する手段として、逆止弁１７、及び逆止弁２７を用いたので、部品コストを削減でき、かつ制御部３０によるコントロールが不要になるので、空気調和機１のコストを低くすることができる。特に、従来のように、気液分離器１６の前後に２つの膨張弁を設ける必要がなくなるので、空気調和機１が低コストになる。
さらに、冷房運転時には、ガスインジェクション回路２０の電磁弁１９を開くようにしたので、気液分離器１６に滞溜している液冷媒があった場合でも、圧縮機４に排出することができ、冷媒を有効活用することができる。したがって、冷房能力が低下することはない。

（第２の実施の形態）
図３を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成要素には、同一の符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
この空気調和機３１は、室外機３２と、室内機３３とから構成されている。気液分離器１６から延びる配管（第２の配管）３４は、室内機３３に設けられた絞り部であるキャピラリ３５を介して室内熱交換器１０に接続されている。配管３４には、気液分離器１６側から順番に、膨張弁３６と、接続部２９とが設けられている。そして、制御部３０は、四方弁６、電磁弁１９、及び膨張弁３６の制御を行うように構成されている。

この空気調和機３１の作用について説明する。
この空気調和機３１では、ガスインジェクション回路を利用しない通常の暖房運転と、ガスインジェクション回路を利用する低外気温時の暖房運転と、冷房運転との３種類の運転を選択的に実施することができる。これらの場合に対する各弁１９，３６の動作を表２に示す。

まず、暖房運転時には、圧縮機４と室内熱交換器１０とが直接に接続されるように四方弁６が切り替えられる。さらに、表２に示すように、通常運転時では、電磁弁１９を閉じて、膨張弁３６の開度を制御する。室内熱交換器１０から排出される高圧の液冷媒の圧力は、キャピラリ３５によって減圧された後に、さらに膨張弁３６で逐次調整される。気液分離器１６からは、配管１５のみに液冷媒が流出し、室外熱交換器８を通って気化された後に、圧縮機４に回収される。この間、バイパス回路２５には、冷媒は通流しない。
低外気温時の運転では、ガスインジェクション回路２０を利用した冷媒の循環が付加される他は、通常運転時と同様である。

冷房運転時には、四方弁６を図３に示す位置に切り替える。さらに、表２に示すように、電磁弁１９を開いて、膨張弁３６を閉じる。液冷媒は、室外熱交換器８からバイパス回路２５を通って、配管３４に流入し、キャピラリ３５で減圧された後に、室内熱交換器１０に流入する。ここで、膨張弁３６は、閉状態を維持することで接続部２９側から気液分離器１６に向かう方向に液冷媒が通流することを禁止する第２の整流部として機能する。したがって、液冷媒は、気液分離器１６に流入しない。また、運転開始時に気液分離器１６に滞溜していた液冷媒は、インジェクション配管１８を通って圧縮機４に回収される。

この実施の形態では、前記の第１の実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、気液分離器１６と室内熱交換器１０との間に設けられた膨張弁３６で、暖房運転時の減圧を行うと共に、冷房運転時の液冷媒の整流を行うようにしたので、制御部３０によってコントロールされる弁の数を減らすことができ、コストをさらに低減させることができる。

なお、本発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、逆止弁１７，２７は、電磁弁にすることも可能である。電磁弁は、ＯＮ／ＯＦＦ制御のみで足りるので、従来のように膨張弁を二つ有する場合に比べて、制御が容易であり、コストの低減も図れる。
また、図３に示す空気調和機３１において、室内機３３側のキャピラリ３５のみでは、冷房時の液冷媒の減圧が不十分である場合には、バイパス回路２５に、絞り部としてのキャピラリを追加し、２段の絞りを実施することで適切な圧力に減圧するようにしても良い。この場合に、逆止弁２７と接続部２９との間に、キャピラリを設けると、逆止弁２７の動作を安定させることができる。

本発明の実施の形態における空気調和機の構成を示す回路図である。暖房時の冷媒の循環経路を説明する図である。空気調和機の構成を示す回路図である。従来の空気調和機の構成を示す回路図である。

符号の説明

１・・・空気調和機、４・・・圧縮機、８・・・室外熱交換器、１０・・・室内熱交換器、１６・・・気液分離器、１８・・・インジェクション配管、１５・・・配管（第１の配管）、１７・・・逆止弁（第１の整流部）、２１・・・配管（第２の配管）、２２・・・電磁弁（第２の整流部）、２５・・・バイパス回路、２６・・・バイパス配管、２７・・・逆止弁（第３の整流部）、２３・・・膨張弁（絞り部）、２９・・・接続部、３０・・・制御部、３４・・・配管（第２の配管）、３５・・・キャピラリ（絞り部）、３６・・・膨張弁（第２の整流部）

Claims

圧縮機で加圧した冷媒を室内熱交換器及び室外熱交換器に循環させ、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間に配設した気液分離器から、ガス冷媒をインジェクション配管を通じて前記圧縮機に回収可能に構成された空気調和機において、
前記室外熱交換器と前記気液分離器とを接続する第１の配管中に設けられ、前記室外熱交換機から前記気液分離器に向かう冷媒の通流を防止する第１の整流部と、
前記室内熱交換器と前記気液分離器とを接続する第２の配管中に設けられ、前記室内熱交換機から前記気液分離器に向かう冷媒の通流を制御する第２の整流部と、
前記室外熱交換器から排出される冷媒を、前記気液分離器を通すことなく前記室内熱交換器に供給するバイパス配管、及び前記バイパス配管中に設けられた前記室内熱交換器から前記室外熱交換器に向かう冷媒の通流を防止する第３の整流部を有するバイパス回路と、
を備えることを特徴とする空気調和機。
前記第１の整流部、及び前記第３の整流部は、逆止弁であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記バイパス回路は、前記室内熱交換器と前記第２の整流部との間で、前記第２の配管に接続されており、この接続部から前記室内熱交換器に至るまでの間で、前記第２の配管中に冷媒の圧力を調整する絞り部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
前記絞り部は、キャピラリであることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
冷房運転時に、前記インジェクション配管中の設けられた電磁弁を開状態にする制御部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空気調和機。