JP2007078242A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒の増量や液溜めの設置を行うことなく、寝込み現象に伴う冷凍サイクル内の冷媒不足を解消し、液バックによる圧縮機１ダメージの低減を図り、また、高圧上昇による性能低下や最悪の場合の高圧保護などの異常停止を回避でき、更に、コストメリットのある空気調和機を提供する。
【解決手段】 圧縮機１と、室外用電磁弁２と、室外凝縮器３と、絞り装置５と、冷却器６とを順次冷媒配管で接続し、さらに、圧縮機１と室外用電磁弁２との間から分岐し、室内用電磁弁７、室内凝縮器８及び室内凝縮器用逆止弁９を順次冷媒配管で接続して冷却器６に合流する冷凍サイクルを備え、室外用電磁弁２と室内用電磁弁７とを制御して圧縮機１の準備運転を行う制御部１０３を備え、冷凍サイクルの高圧側に液溜めを設けることなく、準備運転を行うことで冷凍サイクル内の冷媒不足を解消するものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、室内外に凝縮器をもつ空気調和機において室内外の冷媒分布を適正に保持し、冷媒不足による不具合を解消する空気調和機に関するものである。

従来より、圧縮機、室外熱交換器（凝縮器）、気液分離器、第１の膨張弁及び第１の室内熱交換器（蒸発器）、アキュムレータが順次配管で接続され、さらに、気液分離器の第１の膨張弁とは反対側に二方弁、第２の室内熱交換器及び第２の膨張弁が順次配管で接続されて第１の膨張弁に合流する冷凍サイクルを備えた空気調和機がある（例えば特許文献１参照）。

上記従来の空気調和機では、凝縮器が室内外に設けられており、室内外の温度が季節や室内の被冷却物により変化し、回路内の冷媒が一方の凝縮器に滞留する、いわゆる寝込み現象が発生する。このように寝込み現象が発生すると、他方の凝縮器側が冷媒不足となり、低圧の低下による運転能力不足や、圧縮機からの吐出温度上昇による圧縮機の短寿命化を招くなどの不具合が生じたり、保護器が作動して停止するなどの不都合があった。

これらの不都合を回避するため、多量の冷媒を回路内に封入することで、一方の凝縮器へ少々の冷媒寝込みがあっても運転回路内に冷媒不足が生じないようにする方法があるが、この方法では、圧縮機への液バックが生じる恐れがあり、圧縮機へのダメージが大きくなる課題があった。また、冷媒を大量に封入することで冷媒分のコストアップを招き、さらに、万が一、大気放出が生じた場合の環境への影響が懸念されるという問題もある。

また、従来の空気調和機には、運転モードの切替えにより生じる余剰冷媒を溜めるための液溜めを設けたものがある（例えば特許文献２参照）。

特開平５−２４０４８６号公報（第４頁、第１図） 特開２００３−２６２４２９号公報（第５頁、第１図）

上記従来の寝込み現象に起因した冷媒不足を解消すべく、冷媒を多量に封入するようにした技術では、運転回路内に冷媒が過剰にある状態となり、高圧の上昇による性能低下、最悪の場合は高圧保護が作動して運転が異常停止する可能性があるなどの各種課題があった。

また、特許文献２の液溜めを設けた技術では、液溜め及びその接続配管分のコストアップを招いてしまう。また、液溜めを設置した分だけ冷媒封入量をさらに増加させる必要があり、冷媒分のコストアップが生じ、コストアップスパイラルの現象が発生する。また、液バック時の圧縮機へのダメージも大きくなり、大気放出時の環境への影響がさらに懸念されるなどの各種課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒の増量や液溜めの設置を行うことなく、寝込み現象に伴う冷凍サイクル内の冷媒不足を解消し、液バックによる圧縮機ダメージの低減を図り、また、高圧上昇による性能低下や最悪の場合の高圧保護などの異常停止を回避でき、更に、コストメリットのある空気調和機を得ることを目的とする。

この発明に係る空気調和機は、圧縮機と、室外用電磁弁と、室外凝縮器と、絞り装置と、冷却器とを順次冷媒配管で接続し、さらに、圧縮機と室外用電磁弁との間から分岐し、室内用電磁弁及び室内凝縮器を順次冷媒配管で接続して絞り装置に合流する冷凍サイクルを備え、室外用電磁弁と室内用電磁弁とを制御して圧縮機の準備運転を行う制御部を備え、冷凍サイクルの高圧側に液溜めを設けることなく、準備運転を行うことで冷凍サイクル内の冷媒不足を解消するものである。

この発明によれば、冷媒の増量や冷凍サイクルの高圧側への液溜めの設置を行うことなく、圧縮機の準備運転を行うことで冷凍サイクル内の冷媒不足を解消することができる。したがって、冷凍サイクル内の冷媒不足に起因する各種課題を解決することが可能な空気調和機を得ることが可能となる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の空気調和機の冷媒回路図である。
空気調和機は、圧縮機１、室外用電磁弁２、室外凝縮器３、室外凝縮器３への冷媒逆流による溜まり込みを防止する室外凝縮器用逆止弁４、絞り装置５及び冷却器（蒸発器）６が順次冷媒配管１０〜１４で接続され、更に、圧縮機１と室外用電磁弁２との間から分岐され、室内用電磁弁７、室内凝縮器８及びこの室内凝縮器８への冷媒逆流による溜まり込みを防止する室内凝縮器用逆止弁９が順次冷媒配管１５、１６で接続されて絞り装置５に合流する冷凍サイクルを備えている。また、室外凝縮器３での冷媒凝縮を促進する室外ファン２０と、冷却器６での冷媒蒸発及び室内凝縮器８での冷媒凝縮を促進する共用の室内ファン２１とを備えている。この室内ファン２１により、室内空気は冷却器６を通過した後、室内凝縮器８を通過して空気調和機から室内へと吹き出されるようになっている。これら空気調和機を構成する各構成部のうち、室外ファン２０と室外凝縮器３とは室外に設置され、それ以外は室内に設置されている。なお、以下では、冷媒配管１０〜１６を、その冷媒配管の機能に応じて呼ぶこととし、冷媒配管１０，１１，１５を吐出配管、冷媒配管１２，１３、１６を液配管、冷媒配管１４を吸入配管１４と呼ぶ。

図２は、図１の空気調和機の電気的構成を示すブロック図である。
空気調和機は、目標温度等の各種設定入力を行うための操作部１００、室外温度センサ１０１、記憶部１０２と、マイクロコンピュータで構成された制御部１０３とを備えている。制御部１０３は、ＣＰＵと、各種データを記憶するＲＡＭと、後述の各運転モードの運転制御を行うためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（何れも図示せず）とを備えており、ＲＯＭ内のプログラムに従って室外用電磁弁２、室内用電磁弁７、絞り装置５、室内ファン２１及び室外ファン２０を適宜制御し、後述の準備運転、冷房運転、除湿運転及び中間運転の各種運転制御を行う。

この空気調和機は、室外用電磁弁２と室内用電磁弁７の開閉を行うことで室外凝縮器３での放熱量を制御し、室内を除湿しながら温度調節を行うもので、具体的には、冷房運転（室内を冷却しながら除湿する運転）、除湿運転（室内を加熱しながら除湿をする運転）、中間運転（室内外での放熱量を制御することで室内を弱加熱、弱冷却又は室内温度を維持しながら除湿をする運転）を行うことができるものである。以下、各運転について順次説明する。

＜冷房運転＞
まず、この冷房運転の際には、室外用電磁弁２が開状態、室内用電磁弁７が閉状態にある。圧縮機１から吐出された高温高圧ガス冷媒は、吐出配管１０，１１を経て室外凝縮器３に流入し、室外ファン２０によって送風される室外空気と熱交換して放熱する。これによりガス冷媒が凝縮液化する。そして、液配管１２を経て絞り装置５で減圧されて気液二相冷媒となり冷却器６に入る。冷却器６に入った気液二相冷媒は、室内ファン２１から送風される室内空気と熱交換して吸熱し、冷房作用を行う。そして、ガス状態となった冷媒は吸入配管１４を経て圧縮機１に戻る。このサイクルが繰り返し行われて室内が冷却される。

＜除湿運転＞
まず、この除湿運転の際には、室外用電磁弁２が閉状態、室内用電磁弁７が開状態にある。圧縮機１から吐出された高温高圧ガス冷媒は、吐出配管１５を経て室内凝縮器８に流入する。ここで冷媒は、室内ファン２１によって循環する室内空気と熱交換して放熱する。これによりガス冷媒が凝縮液化する。そして、液配管１６及び室内凝縮器用逆止弁９を経て絞り装置５に入り、ここで減圧されて気液二相冷媒となり冷却器６に入る。冷却器６に入った気液二相冷媒は、室内ファン２１から送風される室内空気と熱交換して吸熱し、低温低圧ガス冷媒となり圧縮機１に戻る。ここで、室内ファン２１により循環する室内空気は、冷却器６で低温低圧気液二相冷媒により冷却され、冷却器６の表面で室内空気中の水分が結露し除湿される。その後、室内凝縮器８で高温高圧ガス冷媒により加熱され昇温し、相対湿度が低下する。このように、室外用電磁弁２を閉止し、室外ファン２０をＯＦＦして冷凍サイクル内の放熱はすべて室内で行うことにより、冷却器６で冷却された空気が室内凝縮器８で加熱されて、理論上は圧縮機１の入力分と水蒸気の凝縮潜熱分だけ室内を加熱する運転を行う。

＜中間運転＞
まず、この中間運転の際には、室外用電磁弁２と室内用電磁弁７の両方が開状態にある。圧縮機１から吐出された高温高圧ガス冷媒は、室内用電磁弁７及び室外用電磁弁２が開することで吐出配管１５を経て室内凝縮器８に流入する一方、吐出配管１１を経て室外凝縮器３に流入する。そして、室内凝縮器８及び室外凝縮器３のそれぞれで放熱・液化し、液配管１６及び１２を経て液配管１３で合流する。そして、液配管１２を経て絞り装置５で減圧されて気液二相冷媒となり冷却器６に入る。そして、吸熱・ガス化して吸入配管１４を得て圧縮機１に戻る。かかる中間運転において、制御部１０３は室外ファン２０で検出された室外温度に応じて室外ファン２０をＯＮＯＦＦ制御する（すなわち室外温度が予め設定された温度より低い場合にはＯＦＦ、高い場合にはＯＮとする）と共に、室内ファン２１を常時ＯＮする制御を行う。なお、室外ファン２０のＯＮＯＦＦ制御は、高圧側の圧力に応じて制御するようにしてもよい。

以下、この発明の特徴部分の説明を行う。本例の空気調和機は、冷媒の増量や従来設けられていた液溜めの設置を行うことなく、所定のタイミングで準備運転を行うことにより、冷凍サイクル内の冷媒不均一を解消し、冷媒不足による前述の各種課題を解決しようとするものである。

ここで、準備運転の詳細を説明するに先立ち、冷媒不足が生じる状況について整理する。例えば、空気調和機を長期間停止した場合などは、室内外の温度差により室外又は室内の凝縮器に冷媒寝込みが生じる。すなわち、冷媒は高温側（高圧側）から低温側（低圧側）に圧力差で移動すること及び低温になると粘性が高くなることに起因し、低温側の凝縮器に対して冷媒の寝込み現象が発生する。このように室内外の温度バランスが悪く、空気調和機の長期間停止により低温側の凝縮器に冷媒が寝込んだ状態で運転再開を行う場合に冷媒不足が発生することがある。

具体的には、例えば冬場で室外温度が０℃程度と低く、室内は乾燥用途などのために３０℃程度と高い場合には、温度の低い室外凝縮器３側に多量の冷媒が寝込み、室内凝縮器８の冷媒が不足ぎみとなることがある。このような状態で除湿運転の指令が発せられると、冷媒の寝込みのある室外凝縮器３の回路が閉であるため室外凝縮器３に寝込んだ冷媒を回収できないまま運転せざるを得ず、除湿運転回路を循環する冷媒量が不足する。

また、例えば夏場で室外が３５℃程度と高く室内が種子保管の用途など１０℃程度と低い場合の長期停止からの運転再開の場合では、室内凝縮器８に冷媒が寝込み室外凝縮器３の冷媒が不足ぎみとなることがある。このような状態で冷却運転の指令が発せられると、冷媒の寝込みのある室内凝縮器８の回路が閉であるため室内凝縮器８に寝込んだ冷媒を回収できないまま運転せざるを得ず、冷却運転回路を循環する冷媒量が不足する。

また、この発明の空気調和機は前述の通り運転モードが３種類あり、室内の温度及び湿度により運転モードが切り替わる。例えば、室外温度が高く室内温度が低い状態で除湿運転を行っている時は、低温のために冷媒寝込みが生じやすい室内凝縮器８の回路が開状態で運転を行うため冷媒不足とはなり難い。この状態から、例えば室内扉の開閉などで室内の温度が上昇した場合、続いて冷却指令が発せられる場合がある。このような場合、冷媒寝込みのある室内凝縮器８の回路が閉であるため冷却運転回路での冷媒不足が発生する。

また、例えば、室外温度が低く、室内温度が高い条件で冷却運転を行っている時は、低温のために冷媒寝込みが生じやすい室外凝縮器３の回路が開状態で運転を行うため冷媒不足とはなり難い。この状態から、例えば室内扉の開閉などで室内の温度が低下した場合、続いて除湿指令が発せられる場合がある。このような場合、冷媒寝込みのある室外凝縮器３の回路が閉であるため除湿運転回路では冷媒不足が発生する。

さらにまた、同一の運転モードを長期間継続した場合も、電磁弁２，７のわずかな漏れが連続することにより室内凝縮器８又は室外凝縮器３に冷媒が寝込むことがある。室内温度が高く室外温度が低い状態で除湿運転を行っていても、上記の運転開始時又は運転モード切替時に冷媒不足を招いていなければ冷媒不足とはならない。しかし、冷媒不足のない状態で除湿運転を何時間も継続して行っている間に、例えば室外用電磁弁２が弁漏れなどで少量づつ冷媒が漏れた場合、温度の低い室外凝縮器３に冷媒が寝込むことがある。この場合、結果として運転回路内が冷媒不足状態となる。

例えば逆に、室内温度が低く室外温度が高い状態で冷却運転を行っていても上記の運転開始時又は運転モード切替時に冷媒不足を招いていなければ冷媒不足とはならない。しかし、その冷媒不足のない状態で冷却運転を何時間も継続して行っている間に、例えば室内用電磁弁７が弁漏れなどで少量づつ冷媒が漏れた場合、温度の低い室内凝縮器８へ冷媒が寝込むことがある。この場合、結果として運転回路内が冷媒不足状態となる。

以上のように、圧縮機起動時、運転モード切替時、同一運転モード継続時に冷媒不足となることから、これらのタイミングで冷媒回収を実施する。冷媒回収運転としては、室外凝縮器３に寝込んだ冷媒を回収する運転と室内凝縮器８に寝込んだ冷媒を回収する２パターンある。本例では、どちらに冷媒寝込みが起こりやすいかを判断せずに室内凝縮器８の冷媒回収のみならず室外凝縮器３の冷媒回収も合わせて実施することとし、この一連の冷媒回収運転を総じて準備運転と呼ぶ。以下、その準備運転について説明する。

準備運転は、圧縮機起動時、運転モード切替時、同一運転モード継続時に自動的に実施するもので、第１の所定時間（例えば２分）、室外冷媒回収運転としての冷却運転を実施した後に、室内冷媒回収運転としての中間運転を第２の所定時間（ここでは、第１の所定時間と同様の２分とする）実施する。ここで、通常、室内よりも室外の方が温度が低く、室外凝縮器３への冷媒寝込みが生じやすい傾向がある。このことを鑑み、準備運転ではまず室外凝縮器３への冷媒寝込みを回収するための冷却運転を行う。例えば室外温度が低い状態での長期間の停止からの運転指令では、室外凝縮器３への冷媒寝込みが非常に多いことから、除湿運転はもちろんのことながら中間運転を行っても冷媒を回収しきれず、低圧低下を繰り返す結果となる可能性がある。したがって、最初に冷却運転を実施することは有効である。

ところで、前述の冷媒不足が生じる状況の説明において、夏場で室外が３５℃程度と高く室内が１０℃程度と低い場合の長期停止からの運転再開の場合、室内凝縮器８側に冷媒が寝込んで室外凝縮器３の冷媒側の不足ぎみとなる。このため、準備運転で最初に冷却運転を行うと、この冷却運転の間、冷媒不足のまま運転することになる。しかしながら、この準備運転における冷房運転は、冷房指令時の場合と異なり短時間の運転であるため、冷媒不足による諸問題を引き起こすことはない。

次に中間運転を実施する。中間運転を実施することにより、室内凝縮器８に溜まり込んでいた冷媒を回収することができる。ここで、室外寝込みが多い場合の中間運転では室外凝縮器３の冷媒はほとんど動かず室外凝縮器３の冷媒については回収できない。これは、室外側は、延長配管もあり圧力損失が高く室内より冷媒が流れにくく、また、室内の温度範囲は５℃程度〜４０℃程度であるのに対し、室外の温度範囲が−５℃程度〜４３℃程度と広いためである。これに対し、室内寝込みが多い場合の中間運転では、このような延長配管の圧力損失の影響が少なく室内凝縮器８の冷媒を効率良く回収することが可能である。また、冷房運転に続いて中間運転を実施する理由としては、中間運転は室内外ともにそこそこ温度が高い場合などの室内凝縮器８と室外凝縮器３の冷媒量を均等化する効果があり、冷媒が過剰となることによる高圧上昇を回避でき、冷媒寝込みによる冷媒不足以外にも対処するためである。

以上説明したように実施の形態１によれば、圧縮機起動時、運転モード切替時及び同一運転モード継続時といった必要時に準備運転を実施することで冷媒を多量に封入することなくかつ液溜めを設けることなく冷媒分布を改善できる。その結果、以下の効果を得ることができる。
（１）液バックを防止して信頼性の高い空気調和機を得ることができる。
（２）高圧の上昇による性能低下や最悪の場合の高圧保護などの異常停止を回避できる。
（３）冷媒の多量封入や液溜めが不要なため、コストメリットが高い。

また、上記では圧縮機起動時、運転モード切替時及び同一運転モード継続時に準備運転を行うようにしたが、冷媒不足を検知した時に実施するようにしても良い。すなわち、冷媒不足時は低圧低下、吐出温度上昇などが生じるため、圧縮機１の吸入側の圧力を検出する低圧検知手段又は／及び圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検知手段を設け、低圧圧力低下時又は／及び吐出温度上昇時に実施するようにしてもよい。具体的な制御としては、開発試験時などの冷媒不足のない正常なデータを正常運転範囲として制御部１０３内に記憶させておきその範囲を逸脱した場合に準備運転を実施するよう制御するようにすればよい。

なお、準備運転は、圧縮機起動時、運転モード切替時、同一運転モード継続時及び冷媒不足検知時の全てのタイミングで行うようにしてもよいし、何れか１又は２以上のタイミングで行うようにしてもよい。

また、上記では、準備運転の冷房運転及び中間運転のそれぞれの運転時間は、室内外の温度条件によらず、予め決定された時間（本例ではどちらも２分）としたが、室内外に温度センサを設け、室内外の温度関係に応じて変えるようにしても良い。すなわち、例えば室内温度が高く室外温度が低い条件では、室外への冷媒寝込みが多いことから冷却運転の時間を長くし、また逆に、室内温度が低く、室外温度が高い条件では、室内への冷媒寝込みが多いことから中間運転を長くするようにするなどしても良い。このように制御することで、実際の設置環境に応じて効率的且つ効果的に冷媒回収を行うことができる。その結果、上記と同様の効果をより確実に得ることが期待できる。

また、室内又は室外のどちらかのみに温度センサを設け、その温度センサの検出結果に応じて準備運転の冷房運転及び中間運転のそれぞれの運転時間を制御するようにしてもよい。例えば室内のみに温度センサを設けた場合は、室内温度が例えば１５℃以下では室内への冷媒寝込みが多いと判断して中間運転の時間を長くし、室内温度が例えば２５℃以上では室外への冷媒寝込みが多いと判断して冷却運転の時間を長くしたりしてもよい。一方、室外のみに温度センサを設けた場合は、室外温度が例えば１５℃以下では室外への冷媒寝込みが多いと判断して冷却運転の時間を長くし、室外温度が例えば２５℃以上では室内への冷媒寝込みが多いと判断して中間運転の時間を長くしたりしてもよい。

さらに、圧縮機１として、運転周波数を可変できる周波数可変型圧縮機（以下、インバーター圧縮機という）を搭載した場合は、インバーター圧縮機１の運転周波数を操作することで冷媒回収の効率化を図ることができる。つまり、インバーター圧縮機１の運転周波数を上げて冷媒の流速を上昇させることで、より早く冷媒を回収することが可能となる。準備運転は、本来の操作部１００から指令された運転の前に行う運転であるため、準備運転は短かければ短いほど好ましい。このため、インバーター圧縮機１を搭載することによって冷媒回収を早めて効率よく冷媒回収ができるようになると、室内の温湿度を目標値に早く近づけることができるため効果的である。なお、この実施の形態１では運転回路の切替を電磁弁にて行うものを例として記載したが、四方弁などにて切り替えるものでも同様の効果をもたらす。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における空気調和機の冷媒回路図である。実施の形態２の空気調和機は、図１に示した実施の形態１の空気調和機に、更に、液配管１２から圧縮機１の吸入側の吸入配管１４にバイパスするバイパス回路を構成するバイパス管３１と、バイパス管３１の開閉を制御するバイパス電磁弁３２と、吸入配管１４から液配管１２への冷媒の逆流を防止するバイパス回路用逆止弁３３とを設けたもので、その他の構成は図１に示した実施の形態１と同様である。

実施の形態２は、実施の形態１と基本的には同様であるので、ここでは実施の形態２が実施の形態１と相違する部分を中心に説明し、重複する説明は省略する。
室外凝縮器３に冷媒寝込みがある状態からの起動に際し、例えば少量の冷媒漏れなどの何らかのイレギュラーな事態が発生した場合、準備運転で十分に冷媒の回収が行えない場合がある。実施の形態２は、このような場合に対処できるようにしたもので、液配管１２から吸入配管１４へ冷媒をバイパスするバイパス回路を設けて冷媒をバイパスすることにより室外凝縮器３の冷媒を室内へ回収しやすくするようにしたものである。

具体的動作としては、制御部１０３が、準備運転の冷却運転中にバイパス電磁弁３２を開とする。これにより、絞り装置５及び冷却器６を介して吸入配管１４に達する回路と並列にバイパス回路ができるため、絞り装置５及び冷却器６を介して吸入配管１４に達する回路のみの場合に比べてより速く冷媒を室内へ回収することができる。

ところで、準備運転の中間運転時では、室外用電磁弁２は開状態であり、室外温度が低く室内温度が高い状態にある場合には、室外ファン２０がＯＦＦ状態でも冷媒は室外凝縮器３に少量は溜り込む。また、中間運転時では、上述したように冷媒のほとんどは室内凝縮器８に流入し室外凝縮器３では冷媒はほとんど動かない。正常に運転回路内に冷媒のある状態では、何らかの理由で室外凝縮器３に溜まり込む冷媒が少し増えても運転回路の冷媒不足に至ることはないが、何らかのイレギュラー（例えば少量の冷媒漏れなど）時は室外凝縮器３への溜り込みで室内凝縮器８を通過する冷媒量が不足することが考えられる。

その対応として、この実施の形態２では、準備運転の中間運転中にもバイパス電磁弁３２を開とすることで室外凝縮器３に溜まり込んだ冷媒を室内へ回収することができる。通常、室外温度が低い状態での中間運転では、前述の通り室外ファン２０をＯＦＦとしているが、その状態が長時間継続すると室外凝縮器３及び液配管１２内の冷媒圧力は外気温度相当に飽和する。例えば、外気が−５℃であれば−５℃相当の圧力に飽和する。一方で吸入配管１４内の冷媒は蒸発温度飽和圧力となり、例えば０℃相当となる。その場合、室外凝縮器３及び液配管１２より吸入配管１４の方が圧力が高く、室外凝縮器３に溜まり込んだ冷媒を液配管１２から吸入配管１４に移動させることはできない。しかし、準備運転の中間運転は準備運転の冷却運転に続けて行うもので、冷却運転時の冷媒が必ず室外凝縮器３を流れることにより準備運転の中間運転時は室外凝縮器３及び液配管１２内の冷媒圧力は外気温度相当に飽和することなく、高い圧力を維持したままのため蒸発温度飽和圧力以上を維持し、少量の溜り込み冷媒もバイパス管３１を通って確実に回収することができる。

以上説明したように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られるとともに、準備運転と合わせて液配管１２の冷媒を圧縮機１の吸入側にバイパスするバイパス運転を行うようにしたので、何らかのイレギュラー（例えば少量の冷媒漏れなど）な事態により室外凝縮器３に寝込んだ冷媒を十分に冷媒が回収しにくい場合も、確実に冷媒回収が可能となる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３の空気調和機における冷媒回路図である。実施の形態３の空気調和機は、図１に示した実施の形態１の空気調和機の絞り装置５として電子式膨張弁４１を使用したもので、その他の構成は図１に示した実施の形態１と同様である。ここで、電子膨張弁とは、その開度を電気信号により行うもので、吸入配管１４でのスーパーヒートでのみ開度を制御する温度式膨張弁に比べると、例えば圧縮機１の起動の信号や準備運転開始の信号などいかなる信号によってもいかなる開度にも制御できるという利点がある。

かかる特徴を有する電子式膨張弁４１を搭載した実施の形態３の動作を説明する。なお、実施の形態３は、実施の形態１と基本的には同様であるので、ここでは実施の形態３が実施の形態１と相違する部分を中心に説明し、重複する説明は省略する。室内温度が低く、室外温度が高い条件では室内凝縮器８に冷媒寝込みが発生する可能性が高い。このように室内凝縮器８に寝込んだ冷媒を効率良く回収すべく、実施の形態３では、準備運転の開始時又は準備運転の中間運転開始時に、電子式膨張弁４１の開度を、予め設定された所定開度になるように制御するか、又は予め設定された所定量だけ開度を開くように制御する。ここで、所定開度とは、被冷却環境の温度が例えば２５℃と高く、湿度が例えば８０％と高い状態で適正となる開度であり、通常の運転状態での適正な開度に比べ大きな開度である。したがって、準備運転の開始時又は準備運転の中間運転開始時には、電子式膨張弁４１の開度は、通常状態よりも開き気味の開度に調節されることになる。このように電子式膨張弁４１の開度を開き気味とすることにより、主に室内凝縮器８に寝込んだ冷媒を回収することができる。

すなわち、電子式膨張弁４１の開度を開き気味とすることで、電子式膨張弁４１でせき止められていた冷媒を回収することができる。ここで、室外凝縮器３は延長配管での圧力損失もあり電子式膨張弁４１の開度調整だけでは少量しか回収できない。その一方、室内凝縮器８は延長配管もなく、その分圧力損失もない。したがって、電子式膨張弁４１の開度調整だけで容易に室内凝縮器８に寝込んだ冷媒を回収することが可能となる。

なお、準備運転の開始時と準備運転の中間運転開始時のどちらにおいて電子式膨張弁４１の開度を開き気味とするかは空気調和機の機種特性によって異なる。すなわち、室外凝縮器３に冷媒が溜まりやすい傾向がある機種の場合は中間運転開始時とする。

以上説明したように実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られるとともに、準備運転の開始時又は準備運転の中間運転開始時に電子式膨張弁４１の開度を開き気味にするようにしたので、室内凝縮器８に寝込んだ冷媒の回収能力を高めることが可能となる。

実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４の空気調和機における冷媒回路図である。実施の形態４の空気調和機は、図１に示した実施の形態１の空気調和機において、圧縮機１の吸入側に液冷媒が戻るのを阻止するアキュムレータ５１を冷凍サイクルの低圧側、具体的には冷却器６と圧縮機１との間に設け、アキュムレータ５１と圧縮機１とを吸入配管４２で接続したものであり、その他の構成は図１に示した実施の形態１と同様である。

実施の形態４は、実施の形態１と基本的には同様であるので、ここでは実施の形態４が実施の形態１と相違する部分を中心に説明し、重複する説明は省略する。
準備運転において、室外凝縮器３又は／及び室内凝縮器８から回収した冷媒は吸入配管１４を通ってアキュムレータ５１に流入する。通常、冷媒回収運転としての準備運転では多量の冷媒を回収してくるため、一時的に冷却器６で全冷媒を蒸発させることができず、一部液冷媒のままアキュムレータ５１に流入する。アキュムレータ５１内に流入した冷媒は気液分離され、ガス冷媒のみが圧縮機１に吸入される。つまり、準備運転時に液バック運転があった場合でも圧縮機ダメージを軽減することができる。また、冷媒を熱交換器に溜り込ませることなくアキュムレータ５１にて保持できるため、冷媒不足に対処できることになる。つまり、液溜め的な機能も果たすことになる。

以上説明したように実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られるとともに、低圧側にアキュムレータ５１を設けたため、準備運転時の液バック運転があった場合でもそのダメージを軽減できる。また、冷媒を溜めるという液溜め的な機能も果たすため、運転状態の変化時も冷媒不足の起こりにくい空気調和機を提供できる。また、液溜め的な機能を果たす容器を液溜めとしてではなくアキュムレータとして設けたことでコストメリットももたらす。つまり、液溜めは高圧部品であり設計圧力がＨＦＣ：Ｒ４１０Ａで４．１５ＭＰａ程度と高く、液溜めはアキュムレータに比べ肉厚を厚くする必要があるのに対し、アキュムレータは低圧部品であり設計圧力がＨＦＣ：Ｒ４１０Ａで２．２１ＭＰａ程度であり、液溜めに比べ肉厚を薄くすることが可能である。このように肉厚を薄くできることは部材のコストダウンとなりコストメリットをもたらす。

実施の形態５．
実施の形態１〜４での冷媒としては、ＨＣＦＣ：Ｒ２２、ＨＦＣ：Ｒ４０７ｃ、ＨＦＣ：Ｒ４０４Ａなど各種の冷媒を用いることができ、それぞれの場合で上記効果をもたらす。一方、近年ではＲ４１０Ａのような高圧のＨＦＣ冷媒が冷媒ガスの主流となってきており、実施の形態５は、冷媒としてＨＦＣ：Ｒ４１０Ａを使用したものである。

ここで、冷媒としてＨＦＣ：Ｒ４１０Ａを使用した場合は運転回路での冷媒不足が発生しやすい。したがって、上述の準備運転は、冷媒不足の回避策として特別に効果のあるものとなる。以下、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用した時に冷媒不足が発生しやすい理由について説明する。

一般的に、延長配管は圧力損失と返油を考慮し適切に決定される。これは、配管が太すぎると冷媒流速が低下し配管内面へ付着する油の量が増大したり、最悪の場合は冷媒流速が油が立ち上がり配管内を上昇できる最低速度（返油限界速度）以下となり、圧縮機１から排出された油が圧縮機１に戻らず、油枯渇の不具合を引き起こすことがある。また、配管が細すぎると圧力損失が大きくなり能力低下を引き起こしたり、最悪の場合は吐出圧力と吐出温度の上昇を招き保護停止する可能性があるためである。また、圧力損失は配管長及び配管径が同一であれば冷媒循環量及び冷媒粘性の影響を受けるが、どちらかと言えば冷媒循環量の影響の方が支配的である。

ここで、Ｒ４１０Ａは冷媒物性の特徴として、他の冷媒のＲ２２やＲ４０４ＡやＲ４０７ｃと比較すると冷媒が蒸発する時の潜熱が大きく、同一の冷却能力をもたらすのに必要な冷媒循環量が少なくてすむ。したがって、結果として圧力損失が小さくなる。ここで、一般的に、延長配管には、細すぎず、太すぎず、封入冷媒が少なく、配管コストのかからないできるだけ細い配管が選択される。このことから、Ｒ４１０Ａを使用した空気調和機では、他の冷媒（Ｒ２２やＲ４０７ｃやＲ４０４Ａなど）を使用した同様容量の機種に比べて配管径を細くするのが一般的である。したがって、冷媒が寝込んだ場合には、その冷媒を移動させることが難しく冷媒回収が困難となってしまう。つまり、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用した場合は、他の冷媒（Ｒ２２やＲ４０７ｃやＲ４０４Ａなど）を使用した場合に比べて寝込んだ冷媒を回収するのがより困難となる。したがって、準備運転を行うことは、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用した空気調和機において特に効果的である。

またさらに、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用した機器は設計圧力が他の冷媒（Ｒ２２やＲ４０７ｃやＲ４０４Ａなど）の時に比べて高い。これは、冷媒物性による差で同じ温度に対する飽和圧力が高いためであり、他の冷媒（Ｒ２２やＲ４０７ｃやＲ４０４Ａなど）の設計圧力が３ＭＰａ程度であるに対してＲ４１０Ａの設計圧力が４．１５ＭＰａ程度であるからである。それ故、従来のように高圧側に液溜めを設ける場合には耐圧上の理由からその肉厚を厚くする必要があり、部材のコストアップ、場合によっては容器製作に使用する型を新規に制作するためのコストアップが懸念される。このことからも、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用した場合の、準備運転による従来の高圧側液溜め廃止は、他の冷媒（Ｒ２２やＲ４０７ｃやＲ４０４Ａなど）の時に比べコストメリットが大きい。

以上説明したように、上記実施の形態１〜４で説明した構成は、冷媒としてＲ４１０Ａを使用している空気調和装置において特に有効である。

ところで、上述した実施の形態１〜４では、それぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態を適宜組み合わせた空気調和機としてもよいし、実施の形態１〜４の全てが実施できる空気調和機としてもよい。例えば、実施の形態１〜３を組み合わせることにより、室外凝縮器３及び室内凝縮器８の両方の回収スピードを速まり、効果的な冷媒回収効果を得ることが期待できる。

また、例えば実施の形態１〜４を組み合わせ、図６に示すようにバイパス回路を吸入配管１４のアキュムレータ上流部に設けるようにするとともに、絞り装置として電子式膨張弁４１を使用するようにしてもよい。ここで、実施の形態２でのバイパス運転は、室外凝縮器３に溜り込んだ冷媒を吸入配管１４にバイパスするものであるが、吸入配管１４に流入する冷媒は液冷媒又は気液二相冷媒の場合が多く、結果として液バック運転となる。したがって、図６に示す構成とすることで、液バックした冷媒をアキュムレータ５１で気液分離することができ、圧縮機１に対する液バック保護効果は大である。また、実施の形態３は、電子式膨張弁４１を開き気味にする制御であるが、かかる制御により一時的に冷却器６に流入する冷媒量が増加し、液バック運転をもたらす可能性が高くなる。したがって、アキュムレータ５１を設けた構成とすることで、圧縮機１に対する液バック保護の効果は大である。

この発明の実施の形態１における空気調和機の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態１の空気調和機の電気的構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２における空気調和機の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態３における空気調和機の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態４における空気調和機の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態１〜４を組み合わせた場合の空気調和機の冷媒回路図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 室外用電磁弁、３ 室外凝縮器、４ 室外凝縮器用逆止弁、５ 絞り装置、６ 冷却器、７ 室内用電磁弁、８ 室内凝縮器、９ 室内凝縮器用逆止弁、１０，１１ 吐出配管、１２，１３ 液配管、１４ 吸入配管、１５ 吐出配管、１６ 液配管、２０ 室外ファン、２１ 室内ファン、３１ バイパス管、３２ バイパス電磁弁、３３ バイパス回路用逆止弁、４１ 電子式膨張弁、５１ アキュムレータ、５２ 吸入配管、１０１ 室外温度センサ、１０３ 制御部。

Claims (13)

1. 圧縮機と、室外用電磁弁と、室外凝縮器と、絞り装置と、冷却器とを順次冷媒配管で接続し、さらに、圧縮機と室外用電磁弁との間から分岐し、室内用電磁弁及び室内凝縮器を順次冷媒配管で接続して前記絞り装置に合流する冷凍サイクルと、
   前記室外用電磁弁と前記室内用電磁弁とを制御して前記圧縮機の準備運転を行う制御部とを備え、
   前記冷凍サイクルの高圧側に液溜めを設けることなく、前記準備運転を行うことで冷凍サイクル内の冷媒不足を解消することを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御部は、前記室外用電磁弁を開、前記室内用電磁弁を閉として前記圧縮機を運転する室外冷媒回収運転を行った後、前記室外用電磁弁を開、前記室内用電磁弁を開として前記圧縮機を運転する室内冷媒回収運転を、前記準備運転として行うことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記制御部は、前記準備運転を圧縮機起動時に実施することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機。
4. 前記制御部は、前記準備運転を運転モード切替時に実施することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の空気調和機。
5. 前記制御部は、前記準備運転を所定時間の同一運転モード継続時に実施することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の空気調和機。
6. 前記圧縮機を周波数可変型圧縮機で構成し、前記制御部は、前記準備運転の際、前記周波数可変型圧縮機の運転周波数を上げて冷媒回収速度を上昇させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の空気調和機。
7. 室内温度検知器又は／及び室外温度検知器を設け、前記制御部は、前記検知器の検出結果に応じて前記準備運転の室内外冷媒回収運転の時間を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の空気調和機。
8. 圧縮機の吸入側の圧力を検出する低圧検知手段又は／及び前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検知手段を設け、前記制御部は、前記準備運転を低圧圧力低下時又は／及び吐出温度上昇時に実施する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の空気調和機。
9. 前記室外凝縮器と前記絞り装置との間の配管から圧縮機の吸入側の配管にバイパスするバイパス回路と、該バイパス回路を開閉する電磁弁とを備え、前記制御部は、前記準備運転の際に、前記バイパス回路の前記電磁弁を開くように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の空気調和機。
10. 前記絞り装置として電子式膨張弁を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の空気調和機。
11. 前記制御部は、前記準備運転時に前記電子式膨張弁の開度を調節することを特徴とする請求項１０記載の空気調和機。
12. 前記圧縮機の吸入側に液冷媒が戻るのを阻止するアキュムレータを前記冷凍サイクルの低圧側に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の空気調和機。
13. 前記冷凍サイクル内に封入する冷媒としてＲ４１０Ａを使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の空気調和機。
    

Images