JP2008261532A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機の冷房過負荷時において、室外熱交換器を大きくすることがなく、空気調和を継続させ、吐出圧力上昇抑制動作時の冷房能力の低下を軽減する。
【解決手段】吐出側から吸入側に冷媒をバイパスする回路を設け、室外熱交換器の冷媒配管を巻きつけるように構成した二重管を収納した冷媒冷却容器を、バイパス回路の一部に設置する。吐出圧力検出センサで検出した吐出圧力が所定値を超えた場合、バイパス回路を開き、吐出圧力を低下させて、空気調和機を継続運転させるとともに、冷媒冷却容器内部で熱交換させ、室外熱交換器から出力される冷媒の過冷却度を高くする。これによって、冷媒循環量の低減による冷房能力の低下が軽減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に係り、特に高負荷時での圧縮機の保護を目的とする空気調和機に関するものである。

従来、圧縮機搭載の空気調和機の運転において、電圧事情の悪い地域および外気温が高い地域では、特に供給電圧が低い場合、運転電流値が上昇し、圧縮機の電動機部の出力が極端に減少してしまい、いわゆる、ブレークダウンと呼ばれる電動機部の強制停止に繋がる。このとき当然、圧縮作用が中断されてしまう。

このため、過負荷状態や電源電圧低下時など、運転電流値が上昇した場合は、圧縮機保護のため、保護装置として、過負荷継電器が作動し、圧縮機通電回路を遮断して、圧縮機内部電動機の巻線の焼損、或いは焼け付きを防ぐようになされている。

また、従来の過負荷継電器を用いた圧縮機保護装置には以下の課題があった。すなわち、例えば電源電圧が低い場合および外気温が高い場合には、冷凍サイクルは過負荷状態になりやすく、また圧縮機もロックしやすくなる。こうした状況になると過負荷継電器の作動が何度も繰り返されることになる。このため、過負荷継電器の作動を検知する過負荷継電器作動手段や再起動電圧変更手段を備えられている（例えば、特許文献１参照）。

また、吐出圧力センサを設け、吐出圧力が所定値を超えたときに、室外熱交換器から出力された冷媒を室内熱交換器後段にバイパスさせ高圧抑制制御手段を備えているものもある（例えば、特許文献２参照）。

図７は、特許文献２に記載された従来の空気調和機を示すものである。図７に示すように、冷房運転時には、圧縮機１から四方弁７，室外熱交換器２，膨張弁３，室内熱交換器４をこの順に通り、更に四方弁７を介して圧縮機１に戻る配管経路として構成されている。圧縮機１の吐出口と四方弁７との間には高圧側回路の圧力をモニタする吐出圧力センサ５が設けられている。また、室外熱交換器２と膨張弁３との間の管路と、室内熱交換器４と四方弁７との間の管路とを結ぶバイパス管路１２を設け、バイパス管路１２の一部が、室外熱交換器２内の通常の冷媒配管の近傍を通るようにした。ここでいう近傍とは、室外熱交換器の冷媒流路と熱交換が可能な範囲にあるという意味である。このバイパス管路１２は、圧縮機１から室外熱交換器２を介して膨張弁３に至る高圧側回路の圧力の異常上昇を抑制するために構成されている。
特開平７−１７４３９２号公報 特開２００１−４２３４号公報

しかしながら、前記特許文献１の構成では、電源電圧が極めて低い場合には、低電圧保護手段が作動し、冷凍サイクルが過負荷の場合は、過負荷継電器が作動するため、圧縮機と空気調和機本体は何度も運転や停止を繰り返すことになる。こうした状況になると、圧縮機は断続運転が繰り返され、圧縮機構部の破壊に至る。

また、特許文献２の構成では、バイパス管路１２を構成し、過負荷時には、前記バイパス回路を開き、吐出圧力を下げられるものの、バイパス管路１２によって室外熱交換器を冷却するには、放熱分を考慮し、非常に大きな室外熱交換器で構成しなければならなく、コストが高くなるという課題を有していた。

本発明は、過負荷状態や電源電圧が低い場合でも、圧縮機および空気調和機の連続運転が可能であり、室外熱交換器を大きくすることなく空気調和機を提供することを目的としている。

従来の課題を解決するため、本発明の空気調和機は、吐出圧力検出センサで吐出側の圧力を検出し、吐出圧力が所定値を超えた場合、バイパス回路の電子膨張弁と電磁弁を開き、吐出側の冷媒を吸入側にバイパスする。このバイパス回路には、二重管を収納した冷媒冷却容器を室外熱交換器内に設置し、室外熱交換器から出た液状冷媒は、電子膨張弁を介して、冷媒冷却容器へ進み、冷媒冷却容器内部で室外熱交換器の通常の冷媒配管を巻きつけるように構成した二重管を通り、室外熱交換器の通常の冷媒配管を接触冷却する。

これによって、過負荷時には、バイパス回路を開いて吐出圧力を下げ、圧縮機および空気調和機の連続運転が可能となり、冷媒冷却容器内部で冷媒配管を接触冷却するので比較的小さな冷媒冷却容器で構成でき、室外熱交換器を大きくすることなく、効率的な熱交換を行うことができる。

また別手段として、吐出圧力と相関関係にある吐出温度を検出し、吐出温度が所定値を超えた場合、バイパス回路を開き、吐出側の冷媒を吸入側にバイパスさせることによって同様の効果が得られる。

また別手段として、外気温が高い場合には、過負荷状態になりやすいことから、室外気温を検出し、室外気温が所定値を超えた場合、バイパス回路を開き、吐出側の冷媒を吸入側にバイパスさせることによって同様の効果が得られる。

本発明の空気調和機は、過負荷状態や電源電圧が低い場合でも、圧縮機および空気調和機を停止させることなく連続運転可能であり、室外熱交換器を大きくすることなく空気調和機を提供することができる。

第１の発明は、圧縮機，四方弁，室外熱交換器，絞り装置，室内熱交換器および気液分離器を冷媒配管で順次接続して冷媒回路を構成した空気調和機において、室外熱交換器出口部と気液分離器入口部を接続したバイパス回路を設け、圧縮機の吐出部に設置した吐出圧力検出センサが所定値を超えた圧力を検出すると、バイパス回路の電子膨張弁を開いて、室外熱交換器より排出された一部の冷媒をバイパス回路に流れ込む。電子膨張弁によって冷却された冷媒は、室外熱交換器内に設置された冷媒冷却容器内部へ進み、室外熱交換器の通常の冷媒配管を巻きつけるように構成した二重管を通り、室外熱交換器の通常の冷媒配管を接触冷却する。接触冷却して熱交換された冷媒は、電磁弁を介して、通常の冷媒回路と合流し気液分離器に進む。この作用によって、過負荷時には、吐出圧力を下げて圧縮機および空気調和機の運転を継続させながら、一部の冷媒を冷媒冷却容器にて効率的に室外熱交換器を冷却することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の過負荷検出手段である吐出圧力検出センサを吐出温度検出センサにすることである。吐出圧力と相関関係にある吐出温度を検出し、吐出温度検出センサが所定値を超えた温度を検出すると、バイパス回路の電子膨張弁を開き、第１の発明と同じ制御にすることで、同じ作用が得られる。

第３の発明は、特に、第１の発明の過負荷検出手段である吐出圧力検出センサを室外温度検出センサにすることである。外気温が高い場合には、過負荷状態になりやすいことから、室外気温検出センサが所定値を超えた温度を検出すると、バイパス回路の電子膨張弁を開き、第１の発明と同じ制御にすることで、同じ作用が得られる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に記載する実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるブロック図である。

図１において、矢印は冷房運転時におけるフロン等の冷媒の流れを表す。圧縮機１から四方弁７、室外熱交換器２、絞り装置３、室内熱交換器４、気液分離器１５をこの順に通り、更に四方弁７を介して圧縮機１に戻る。圧縮機１の吐出口と四方弁７との間には吐出圧力を検出する吐出圧力検出センサ５が設けられている。圧縮機１で圧縮された冷媒は室外熱交換器２にて外気との熱交換により液化され、この液化冷媒が絞り装置３で減圧され、更に室内熱交換器４で気化することにより室内空気から熱を奪い、室内を冷房する。

本実施形態では、室外熱交換器２の出口部と気液分離器１５の入口部を結ぶバイパス管路１２を設置し、そのバイパス管路１２の一部に冷媒冷却容器１４を室外熱交換器２内部に設け、冷媒冷却容器１４内部で室外熱交換器の通常の冷媒配管を巻きつけるように構成した二重管を収納している。このバイパス管路１２は、圧縮機１から室外熱交換器２を介して絞り装置３に至る吐出側回路の圧力の異常上昇を抑制するために用いられる。バイパス管路１２には、制御機構（図示せず）により制御される電子膨張弁８と電磁弁９が設けられており、この電子膨張弁８と電磁弁９の開閉によりバイパス管路１２の導通、非導通が切り換えられる。また電子膨張弁８は制御機構からの制御信号のレベルによって弁開度が調節可能な弁であり、バイパス管路１２の流量調整のために用いられる。

図２は、実施の形態１における吐出圧力抑制制御の流れを示すフローチャートである。図に示すように、本実施形態の空気調和機の制御機構は、吐出圧力検出センサ５の圧力計測値を常時モニタし、その計測値が圧力異常上昇の判断基準となる所定値を超えたか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、圧力計測値が所定値以下と判定された場合は、吐出側回路の圧力が正常範囲にあるので、電子膨張弁８および電磁弁９が閉状態に制御される（Ｓ１２）。この場合、冷媒は図１の矢印に沿って通常の冷媒配管を流れ、バイパス管路１２には流れない。

これに対して、Ｓ１０で吐出圧力検出センサ５の圧力計測値が所定値以上と判定された場合は、電子膨張弁８を開く（Ｓ１４）とともに電磁弁９を開く（Ｓ１６）。これにより、バイパス管路１２が導通状態となり、室外熱交換器２から出力された液状冷媒の一部がバイパス管路１２を通って室内熱交換器４の下流側にバイパスされる。この結果冷媒の一部がバイパス管路１２を流れ、通常の冷媒配管を通る冷媒の量が少なくなり、吐出側回路の圧力上昇が緩和される。この構成では、バイパスされる液状冷媒は、室外熱交換器２の内部に設けられた冷媒冷却容器１４に入り、室外熱交換器の通常の冷媒配管を巻きつけるように構成した二重管内を流れ、配管同士接触させながら熱交換を行う。これにより、室外熱交換器２から出力される液状冷媒の過冷却度が高まる。したがって、バイパス動作により冷媒管路の冷媒循環量が減るものの、室外熱交換器２の出力冷媒の過冷却度が高まるため、冷房能力の低下が軽減される。

以上のように、本実施の形態においては、バイパス管路１２を設け、バイパス管路１２の一部に冷媒冷却容器１４を室外熱交換器２内部に設け、過負荷時には、バイパス管路１２を導通状態にすることで、吐出圧力上昇を緩和させ、圧縮機および空気調和機の運転を継続させ、冷媒冷却容器１４によって、効率的に室外熱交換器２の熱交換ができるので、室外熱交換器を大きくすることがなく構成することができるともに、冷房能力の低下を軽減することができる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるブロック図であり、図４は、実施の形態２おける吐出圧力抑制制御の流れを示すフローチャートである。図３において、図１と異なるのは、過負荷検出手段である吐出圧力検出センサ５を吐出温度検出センサ１１にしている点である。吐出圧力と相関関係にある吐出温度を検出する構成により、吐出温度検出センサで検出された温度が所定値を超えた場合、制御機構により、電子膨張弁８および電磁弁９が開き、図４に示す制御を行うことで、同じ効果が得られる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３におけるブロック図であり、図６は、実施の形態３おける吐出圧力抑制制御の流れを示すフローチャートである。図５において、図１と異なるのは、過負荷検出手段である吐出圧力検出センサ５を室外温度検出センサ１３にしている点である。外気温が高い場合には、過負荷状態になりやすいことから、室外気温検出センサ１３で検出された温度が所定値を超えた場合、制御機構により、電子膨張弁８および電磁弁９が開き、図６に示す制御を行うことで、同じ効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、室外熱交換器を大きくすることなく構成することができるので、ルームエアコンから大型エアコンに至るまでのすべての空気調和機の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１におけるブロック図 本発明の実施の形態１における吐出圧力抑制制御の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるブロック図 本発明の実施の形態２における吐出圧力抑制制御の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態３におけるブロック図 本発明の実施の形態３における吐出圧力抑制制御の流れを示すフローチャート 従来の空気調和機におけるブロック図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 室外熱交換器
３ 絞り装置
４ 室内熱交換器
５ 吐出圧力検出センサ
７ 四方弁
８ 電子膨張弁
９ 電磁弁
１１ 吐出温度検出センサ
１２ バイパス管路
１３ 室外温度検出センサ
１４ 冷媒冷却容器
１５ 気液分離器

Claims (3)

1. 圧縮機，四方弁，室外熱交換器，絞り装置，室内熱交換器および気液分離器を冷媒配管で順次接続して冷媒回路を構成した空気調和機において、前記室外熱交換器の一部に二重管を収納した冷媒冷却容器を設置し、前記室外熱交換器より排出された一部の冷媒は、電子膨張弁を介して、前記冷媒冷却容器の冷却用配管に接続し、電磁弁を介して、前記気液分離器と前記四方弁の間に接続したバイパス回路を構成するとともに、圧縮機の吐出部に吐出圧力を検出する吐出圧力検出センサを設け、冷房運転時に前記吐出圧力検出センサの圧力計測値が所定値を超えたときには、前記電子膨張弁の開度を大きくし、前記電磁弁を開き、前記冷媒冷却容器に一部の冷媒をバイパスさせ、前記室外熱交換器内の冷媒を冷却させることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１記載の空気調和機において、圧縮機の吐出部に吐出温度を検出する吐出温度検出センサを設け、冷房運転時に前記吐出温度検出センサの温度計測値が所定値を超えたときには、前記電子膨張弁の開度を大きくし、前記電磁弁を開き、前記冷媒冷却容器に一部の冷媒をバイパスさせ、前記室外熱交換器内の冷媒を冷却させることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１記載の空気調和機において、室外気温を検出する室外温度検出センサを設け、冷房運転時に前記室外温度検出センサの温度計測値が所定値を超えたときには、前記電子膨張弁の開度を大きくし、前記電磁弁を開き、前記冷媒冷却容器に一部の冷媒をバイパスさせ、前記室外熱交換器内の冷媒を冷却させることを特徴とする空気調和機。

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