JP2007163080A

JP2007163080A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2007163080A
Application number: JP2005362554A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Taniguchi; 勝志谷口; K Dott A; Ａ．Ｋ．ドット
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】冷房運転時に、外気温上昇に伴う高圧側圧力上昇による冷凍サイクルの損傷を防ぎ、且つ、冷房能力の低下を防止する空気調和機を提供する。
【解決手段】圧縮機１と室外熱交換器２と膨張弁３と室内熱交換器４とを順次接続する一方、前記室外熱交換器２と膨張弁との間からリリース弁７を備えた分岐管６を分岐させ、気液分離器８に接続させるとともに、同気液分離器８から導出された液冷媒配管９を前記膨張弁３と室内熱交換器４とに間に接続し、ガス冷媒配管１０をキャピラリーチューブ１１を介して前記室内熱交換器４と前記圧縮機１との間に接続してバイパス路５を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に係わり、より詳細には、高外気温時での冷房運転の際、室外側熱交換器の冷媒の凝縮量の減少を抑え、冷凍能力の低下を防止できる冷媒回路の構成に関する。

従来の空気調和機は、図１１（Ａ）で示すように、圧縮機１、四方弁１３、室外熱交換器２、膨張弁３及び室内熱交換器４を順次接続して冷媒回路を構成しており、冷房運転時、前記圧縮機１から吐出した高温高圧の冷媒は、前記四方弁１３を介して前記室外熱交換器２に流入し、同室外熱交換器２の周囲を流れる空気に熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は前記膨張弁３を通過することにより断熱膨張して低温低圧となり前記室内熱交換器４に流入し、同室内熱交換器４で熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記四方弁１３を介して前記圧縮機１に還流するようになっている。

しかしながら、例えば中東地域のように、外気温が４０℃を越えるような高温の環境下で上記した冷媒回路による空気調和機を運転した場合には、前記室外熱交換器２の周囲には高温の空気が流れるため、高温高圧の状態で流入した冷媒の凝縮が円滑に行えず、同室外熱交換器２での熱交換効率が低下し冷媒の凝縮量が減少する。これにより、凝縮できなかった高圧の気相冷媒が前記室内熱交換器４と前記四方弁１３とを介して前記圧縮機１に還流し、同圧縮機１内での圧力が上昇する現象が生じる。前記圧縮機１内での圧力が一定以上に上昇すると、前記圧縮機１の圧縮機構を構成する部材に損傷が発生する恐れがあるため、吐出配管側に設けられた圧力センサ２２から送出された検出値を基に制御部は所定時間、前記圧縮機１を停止するようになっている。

また、前記圧縮機１内での圧力上昇を防止する手段として、図１１（Ｂ）で示すように、前記室外熱交換器２の下流側と、前記圧縮機１との間に、キャピラリチューブ２１を備えたインジェクション管路２０を設け、前記室外熱交換器２から流出した液相冷媒を前記インジェクション管路２０により前記圧縮機１に還流させ、同圧縮機１を冷却するとともに、圧力の異常な上昇を防止するようになっている。

しかしながら、上記した前記圧力センサ２２により前記圧縮機１を停止させる方法は、冷房運転が中断することにより使用者に不快感を与えることとなり、また前記インジェクション管路２０を設けると、比較的低温時での冷房運転の際、液相冷媒が直接に前記圧縮機１に流入するため、液圧縮により前記圧縮機１の圧縮機構に損傷が発生する恐れがあった。

そこで、従来の空気調和機は、例えば、特許文献１に開示されているように、前記膨張弁と並列に、リリース弁を備えたバイパス路を設け、冷房運転時に前記膨張弁の流入側と流出側との圧力差が所定値以上となった際、前記リリース弁を開放し、高圧液冷媒の一部を低圧側にバイパスさせるよう制御するようにしていた。これにより、前記圧縮機で発生する振動の影響を前記バイパス路が受けずにすみ、同バイパス路およびこれが接続された配管への亀裂の発生を防止できる効果を奏していた。

しかし、特許文献１に開示されている技術は、冷房運転時に前記膨張弁の流入側と流出側との圧力差が所定値以上となった場合、前記リリース弁を開放し、高圧冷媒の一部を低圧側にバイパスさせるため、バイパスさせた高圧冷媒は無駄になるという問題がある。

例えば、特許文献２に開示されているように、前記リリース弁を備えた前記バイパス路に、更に絞り機構を設けた構成にすることにより、冷媒回路を循環する冷媒量を減らさずに冷凍能力の低下を防止できるようにし、また、前記リリース弁で流量調整をしないかわりに、前記絞り機構の流量抵抗を変えることで、一種類のリリース弁で広範囲な空気調和機の能力レンジをカバーできるようにしていた。しかし、特許文献２に開示されている技術は、前記リリース弁が作動する高圧高温条件では、リリース弁から流出する冷媒に冷房運転に寄与しないガス冷媒が混入しており、能力向上、騒音低減などの妨げとなっていた。

特開２００３−３３６９１４号（３頁、図１）特開２００４−２２６０２５号（３頁、図１）

本発明は、上記問題点に鑑み、冷房運転時に、外気温上昇に伴う高圧側圧力上昇によって圧縮機内に損傷が発生するような事態を防止するとともに、冷房能力の低下を防止することができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機と、室外熱交換器と、第一減圧手段と、室内熱交換器とを順次接続して冷媒回路を構成してなる空気調和機において、前記室外熱交換器と前記第一減圧手段との間から、分岐管を分岐させ、開閉弁を介して、液冷媒配管とガス冷媒配管とを導出した気液分離器に接続させる一方、前記液冷媒配管を前記第一減圧手段と前記室内熱交換器との間に接続し、前記ガス冷媒配管を第二減圧手段を介して前記室内熱交換器と圧縮機との間に接続することによりバイパス路を構成してなる。又、前記開閉弁が所定の圧力差を基にして開閉するリリース弁からなる構成となっている。又、前記室外熱交換器から前記第一減圧手段に流れる冷媒と、前記気液分離器で分離されたガス冷媒との間で熱交換するようにした構成となっている。又、前記圧縮機から前記室外熱交換器に流れる冷媒と、前記気液分離器で分離されたガス冷媒との間で熱交換するようにした構成となっている。

以上説明したように、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを順次接続する一方、前記室外熱交換器と膨張弁との間から、分岐管を分岐させ、リリース弁からなる開閉弁を介して、液冷媒配管とガス冷媒配管とを導出した気液分離器に接続させるとともに、前記液冷媒配管を前記膨張弁と前記室内熱交換器との間に接続し、前記ガス冷媒配管をキャピラリーチューブを介して前記室内熱交換器と前記圧縮機との間に接続してバイパス路を構成することにより、高外気温での冷房運転時、前記膨張弁の流入側と流出側との圧力差が所定値以上になると、前記分岐管に設けられた前記リリース弁が開放され、前記室外熱交換器を流出した気液混合冷媒の一部を前記気液分離器に流入させ、液相冷媒は前記キャピラリチューブを備えた前記ガス冷媒配管により高圧状態から低圧状に変換して前記圧縮機に還流させることにより、前記室内熱交換器での冷媒蒸発量を補うようにして冷房能力の低下を防止する一方、前記圧縮機内の圧力上昇を防いで、圧力上昇に伴う一時運転停止等の不具合を生じさせないようになっている。又、冷房運転に寄与しない気相冷媒を前記ガス冷媒配管により直接前記圧縮機に還流させることにより効率的に冷房運転を行えるとともに、気液混合冷媒が低圧側に流入しないことにより、気液混合冷媒から発生する騒音を防止することができるようになっている。これにより、高外気温時にも安定して冷房運転を継続できる空気調和機とすることができるようになっている。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

本発明による空気調和機の冷媒回路は図１に示すように、圧縮機１と室外熱交換器２と、減圧手段としての膨張弁３と室内熱交換器４とを順次接続する一方、前記室外熱交換器２と膨張弁３との間から、開閉弁としてのリリース弁７を備えた分岐管６を分岐させ、同分岐管６を気液分離器８に接続させている。同気液分離器８からは液冷媒配管９とガス冷媒配管１０とが導出され、前記液冷媒配管９は、前記膨張弁３と前記室内熱交換器４との間に接続される一方、前記ガス冷媒配管１０はキャピラリチューブ１１を介して前記室内熱交換器４と圧縮機１との間に接続させることによりバイパス路５を構成している。尚、前記気液分離器８は、液相冷媒と気相冷媒とを分離する機能を有し、前記分岐管６から流入してきた液相冷媒と気相冷媒との混合冷媒を分離させ、液相冷媒を前記液冷媒配管９に流出させる一方、気相冷媒を前記ガス冷媒配管１０に流出させるようになっている。

前記分岐管６に設けられたリリース弁７は、例えば、図９に示すような構成となっており、通常の冷房運転時はコイルばね３０の附勢力により弁３３が閉じて閉鎖されているが、前記膨張弁３の流入側と流出側とのの圧力差、すなわち前記室外熱交換器２を流出した冷媒の圧力と、前記膨張弁３を流出した冷媒の圧力との差が、予め設定された所定値以上になると、内蔵したコイルばね３０の作動により自動的に開放されるようになっている。

通常の冷房運転時、前記圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、前記室外熱交換器２に流入し、同室外熱交換器２で熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は前記膨張弁３により断熱膨張して低温低圧となり前記室内熱交換器４に流入し、同室内熱交換器４で周囲の熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記圧縮機１に還流するようになっている。

しかしながら、例えば、４０°Ｃ以上の高外気温での冷房運転時には、前記室外熱交換器２の周囲に高温の空気が流れ熱の放出が充分に行えないことにより、冷媒凝縮量が減少し、気相冷媒が増加してしまう現象が生じる。冷媒凝縮量が減少すると、前記室内熱交換器４に流入する液相冷媒が不充分となり、これに併せて同室内熱交換器４での冷媒蒸発量も減少し、周囲の熱を充分に吸収できない状態を生じ、冷房能力が極端に低下してしまうような状態を招くこととなる。

冷媒凝縮量が減少し、気相冷媒が増加してしまうと前記室外熱交換器２内の冷媒圧力が上昇し、これから流入する前記膨張弁３の流入側と流出側との圧力差が上昇する。流入側と流出側との圧力差が所定値以上になると、上記したように前記分岐管６に設けられた前記リリース弁７が開放されるようになっている。同リリース弁７が開放されると、前記室外熱交換器２を流出した気液混合冷媒の一部が前記リリース弁７を通過して前記気液分離器８に流入されることにより、前記室外熱交換器２内での冷媒圧力を低減させるようになっている。前記気液分離器８に流入した気液混合冷媒は液相冷媒と気相冷媒とに分離され、液相冷媒は前記液冷媒配管９を介して前記室内熱交換器４に流入し、気相冷媒は前記キャピラリチューブ１１を備えた前記前記ガス冷媒配管１０により高圧状態から低圧状態となって前記圧縮機１に還流するようになっている。尚、前記膨張弁３の流入側と流出側との温度差を基に、前記リリース弁７を制御してもよい。

前記室内熱交換器４に前記分岐管６及び前記気液分離器８を介して液相冷媒を供給させ、同室内熱交換器４での冷媒蒸発量を補うようにして冷房能力の低下を防止する一方、気相冷媒は前記キャピラリチューブ１１により高圧状態から低圧状態に変換させて前記圧縮機１に還流させることにより、同圧縮機１内の圧力上昇を防いで、圧力上昇に伴う一時運転停止等の不具合を生じさせないようになっている。又、冷房運転に寄与しない気相冷媒を前記ガス冷媒配管１０により直接前記圧縮機１に還流させることにより効率的に冷房運転を行えるとともに、気液混合冷媒が低圧側に流入していかないことにより、気液混合冷媒から発生する騒音を防止することができるようになっている。尚、前記分岐管６に冷媒の一部を流入させることにより、前記室外熱交換器２内の圧力が低下したら、前記リリース弁７は再び閉鎖されるようになっている。

他の実施例として、図２に示すように、実施例１における前記リリース弁７と前記気液分離器８との間にキャピラリーチューブ１３を付設し、同キャピラリーチューブ１３により前記リリース弁７が開放されるリリース開始圧力を多少変動させるようなバイパス路１２を構成することもできる。又、図３に示すように、実施例１における前記キャピラリチューブ１１に替えて、絞り量制御可能な膨張弁１５を設け、前記圧縮機１に還流する冷媒圧力を調整するようなバイパス路１４を構成することもできる。

又、他の実施例として、図４に示すように、実施例１における、前記室外熱交換器２と膨張弁３との間から分岐する分岐管を、細管１７で構成してバイパス路１６としてもよい。同細管１７は、管径が狭小なことにより、キャピラリチューブと同様に、冷媒を断熱膨張させ低温低圧化させる作用を有している。又、図５に示すように、実施例１における、前記室外熱交換器２と膨張弁３との間に直接、後述するリリース弁１９を設けてもよい。同リリース弁１９は、図１０に示すように、入口管４０が、コイルばね３６により連結棒３７を介して附勢される弁３８の上流側の一端の左右に挿着され、出口管３９が下流側の一端に挿着されるように構成されており、入口管４０側の冷媒圧力がコイルばね３６の附勢力を超えると、弁３８が開放され冷媒が入口管４０側から出口管３９側へ流れるようになっている。

第二実施例は、図６に示すように、実施例１における、前記室外熱交換器２から前記膨張弁３に流れる冷媒と、前記気液分離器８で分離されガス冷媒配管２１を流れるガス冷媒とで熱交換する熱交換手段２２を設けバイパス路２０を構成している。これにより、前記室外熱交換器２と前記膨張弁３との間で流れる低温の冷媒と、ガス冷媒とを熱交換させて、低温の冷媒の過冷却度を大きくすることにより、冷媒回路としてのＣＯＰ（成績係数）を向上させることができるようになっている。又、第二実施例における他の実施例として、図７に示すように、前記圧縮機１と室外熱交換器２との間に、圧縮機１からの高温吐出ガス冷媒と前記気液分離器８で分離され前記キャピラリチューブ１１を通過した冷媒と熱交換する熱交換手段２５を設けてバイパス路２３を構成し、前記キャピラリチューブ１１を通過して圧縮機１に戻される冷媒を完全にガス化して前記圧縮機１に還流させるようにしてもよい。

第三実施例は、図８に示すように、実施例１における、前記圧縮機１と前記室外熱交換器２、および前記室内熱交換器４との間に、冷媒流路を切り替える四方弁２６を設けている。同四方弁２６を切り替えることにより、冷房、暖房の切り替えが可能となり、又、高外気温での冷房運転時においても、冷媒回路を破損させることなく、冷媒回路を循環する液冷媒を漏らさず前記室内熱交換器４に送出することができ、冷房能力の低下を防止することができるようになっている。

本発明による空気調和機の第一実施例を示す冷媒回路図である。第一実施例での他の実施例を示す冷媒回路図である。第一実施例での他の実施例を示す冷媒回路図である。第一実施例での他の実施例を示す冷媒回路図である。第一実施例での他の実施例を示す冷媒回路図である。本発明による空気調和機の第二実施例を示す冷媒回路図である。第二実施例での他の実施例を示す冷媒回路図である。本発明による空気調和機の第三実施例を示す冷媒回路図である。リリース弁を示す構成図である。リリース弁を示す構成図である。（Ａ）は圧力センサを設けて圧縮機を停止する従来の空気調和機の冷媒回路である。（Ｂ）はインジェクション管路を設けた従来の空気調和機の冷媒回路である。

符号の説明

１圧縮機
２室外熱交換器
３膨張弁
４室内熱交換器
５バイパス路
６分岐管
７リリース弁
８気液分離器
９液冷媒配管
１０ガス冷媒配管
１１キャピラリチューブ
１２バイパス路
１３キャピラリーチューブ
１４バイパス路
１５膨張弁
１６バイパス路
１７細管
１８バイパス路
１９リリース弁
２０バイパス路
２１ガス冷媒配管
２２熱交換手段
２３バイパス路
２４ガス冷媒配管
２５熱交換手段
２６四方弁
３０コイルばね
３３弁
３６コイルばね
３７連結棒
３８弁
３９出口管
４０入口管

Claims

圧縮機と、室外熱交換器と、第一減圧手段と、室内熱交換器とを順次接続して冷媒回路を構成してなる空気調和機において、
前記室外熱交換器と前記第一減圧手段との間から、分岐管を分岐させ、開閉弁を介して、液冷媒配管とガス冷媒配管とを導出した気液分離器に接続させる一方、前記液冷媒配管を前記第一減圧手段と前記室内熱交換器との間に接続し、前記ガス冷媒配管を第二減圧手段を介して前記室内熱交換器と圧縮機との間に接続することによりバイパス路を構成したことを特徴とする空気調和機。
前記開閉弁が所定の圧力差を基にして開閉するリリース弁からなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記室外熱交換器から前記第一減圧手段に流れる冷媒と、前記気液分離器で分離されたガス冷媒との間で熱交換するようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
前記圧縮機から前記室外熱交換器に流れる冷媒と、前記気液分離器で分離されたガス冷媒との間で熱交換するようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。