JP2009156496A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒圧力を運転状態、特に暖房運転時の運転状態に応じて最適な状態に保つ。
【解決手段】コンプレッサ１６、四方弁１８、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂおよび室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを順次接続した冷媒回路１００を備えた空気調和装置１０において、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂに並列に接続されたレシーバタンク７１と、暖房運転時にレシーバタンク７１を介して冷媒の一部を室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂをバイパスしてコンプレッサ１６の吸込側に流す冷媒バイパス回路としてのリキッド管５３、入口弁７２、出口弁７３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置にかかり、特に暖房運転時の冷媒圧力を最適な状態に保つための技術に関する。

従来、省エネルギーな空気調和装置が求められており、空気調和装置の冷凍サイクルの成績係数ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させるために、冷凍サイクルを循環して凝縮された液冷媒を飽和温度以下に過冷却し、残存ガスを冷媒中に含まないようにして冷媒を蒸発器へ循環させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の空気調和装置では、液冷媒を過冷却するのに空気と熱交換する空気熱交換器を用いたものがあるが、空気熱交換器では非常に大きな伝熱面積が必要であり、非効率的である。このため、循環する液冷媒の一部を分流させ、分流した液冷媒を蒸発させて分流前の冷媒と熱交換させることによって、分流前の液冷媒を過冷却にし、蒸発器への冷媒循環流量を減らし、冷媒の冷媒配管による圧力損失を減らす構成を備えた空気調和装置が提案されている。
特開平６−２８１２７０号公報

ところで、空気調和装置においては、暖房運転時と冷房運転時とでは、同一の空気調和装置においても、必要とされる冷媒容量が異なっており、暖房運転時には、冷房運転時よりも必要とされる冷媒量が少なくて済むこととなっている。
このため、暖房運転時に余剰となる冷媒を吸収するために、従来においては、室内熱交換器と室外熱交換器とを接続する冷媒配管経路中に、余剰の冷媒を収容するためのレシーバタンクを設けることが行われている。
空気調和装置の運転状態に応じた冷媒量とすることは、効率的な空気調和運転を行う上で必要であるが、一方、冷媒配管系路中にレシーバタンクを常時設ける構成を採ると、適切な冷媒量を維持でき、負荷に応じた最適な冷媒圧力に対して、過度な冷媒圧力の上昇を避けることができるという利点はあるが、コンプレッサの吐出側の圧力を高く保つことが困難となり、特に暖房運転時において効率が下がってしまうという不具合が生じる。

これを避けるためには、冷房運転時にレシーバタンクを使用しないように冷媒回路から切り離すことが考えられるが、この場合には、レシーバタンク内に冷媒が残存し、有効に冷媒を利用できない可能性があり、また、冷媒圧力も負荷に応じた最適な圧力よりも上昇しやすくなってしまう可能性が生じる。
そこで、本発明の目的は、冷媒圧力を運転状態、特に暖房運転時の運転状態に応じて最適な状態に保つことができる空気調和装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、圧縮機、四方弁、室外熱交換器および室内熱交換器を順次接続した冷媒回路を備えた空気調和装置において、前記室外機に並列に接続されたレシーバタンクと、暖房運転時に前記レシーバタンクを介して冷媒の一部を前記室外熱交換器をバイパスして前記圧縮機の吸込側に流す冷媒バイパス回路と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、レシーバタンクの接続状態、すなわち、レシーバタンクの動作状態を、冷媒回路の動作状態に応じて切り換えることにより、負荷あるいは空気調和装置の動作状態（動作条件）に応じたより好適な冷媒圧力状態を維持できる。

この場合において、前記冷媒バイパス回路は、前記冷媒が前記レシーバタンクへ流れ込む第１弁と、前記冷媒が前記レシーバタンクから流れ出す第２弁と、前記暖房運転時に前記第１弁あるいは前記第２弁の少なくとも一方を開状態とする弁制御部と、を備えるようにしてもよい。

また、前記弁制御部は、前記暖房運転時あるいは冷房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が負荷に応じた所定圧力範囲より高い場合に、前記第１弁を開状態とし、前記第２弁を閉状態とするようにしてもよい。
さらに、前記弁制御部は、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が所定圧力範囲より低い場合に、前記第１弁を閉状態とし、前記第２弁を開状態とするようにしてもよい。

さらにまた、前記レシーバタンクに並列に接続されたリキッド弁と、前記レシーバタンクに直列に接続され、前記リキッド弁あるいは前記レシーバタンクを介して流れ込んだ前記冷媒を蒸発させて前記圧縮機の吸込側に流す蒸発器と、を備えるようにしてもよい。
また、前記弁制御部は、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が前記所定圧力範囲あるいは前記所定圧力範囲より高い場合、かつ、前記リキッド弁における冷媒流量が不足する場合に、前記リキッド弁を閉状態とし、前記第１弁及び前記第２弁を開状態とするようにしてもよい。
さらに、前記第１弁および前記第２弁は、電磁弁あるいは電動弁として構成されているようにしてもよい。

本発明によれば、暖房運転時にレシーバタンクを介して冷媒の一部を室外熱交換器をバイパスして圧縮機の吸込側に流す冷媒バイパス回路を備えるので、冷媒バイパス回路により、レシーバタンクの接続状態、すなわち、レシーバタンクの動作状態を、冷媒回路の動作状態に応じて切り換えて、負荷あるいは空気調和装置の動作状態（動作条件）に応じたより好適な冷媒圧力状態を維持でき、より効率的に空調運転を行える。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる空気調和装置を示す回路図である。
空気調和装置１０は、ガスヒートポンプ式空気調和装置であり、並列接続された複数の室外熱交換器群１１Ａ、１１Ｂ及び複数（本実施形態では、３台）の室内機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを有している。
室外熱交換器群１１Ａ、１１Ｂに接続される冷媒配管１４と、室内機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに接続される各室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃとは、連結されて、冷凍サイクル１００の一部を構成している。

室内機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、それぞれ室内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが接続されている。これら室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの近傍には、減圧装置としての室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃがそれぞれ接続されている。さらに室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃには、これらの室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃへ送風する室内ファン２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが隣接して配置されている。

室外熱交換器群１１Ａ、１１Ｂに接続された冷媒配管１４には、コンプレッサ１６が接続されるとともに、このコンプレッサ１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側にオイルセパレータ２６を介して四方弁１８がそれぞれ接続されている。

コンプレッサ１６は、図示しない動力伝達ベルトを介してガスエンジン３０に連結され、ガスエンジン３０により駆動される。このガスエンジン３０は、エンジン冷却系３１を流れる冷却水により冷却される。このエンジン冷却系３１は、第１冷却系配管３５にガスエンジン３０、冷却水バイパス弁３８、冷却水三方弁３２、廃熱回収熱交換器３３、リザーブタンク３９及び冷却水ポンプ３４が接続されている。一方、室外熱交換器１９と隣り合って設けられた放熱器（ラジエータ）３７が接続された第２冷却系配管３６の一端が冷却水三方弁３２に接続され、その他端が冷却水ポンプ３４の吸込側に接続されている。
これら複数の室外熱交換器１１Ａ、１１Ｂ、コンプレッサ１６、後述するガスエンジンなどは一つの筐体に収納されて室外機１１を構成している。

冷却水三方弁３２は、空気調和装置１０の冷房運転時に放熱器３７側に開放され、冷却水ポンプ３４の稼動により、冷却水が放熱器３７へ導かれて放熱され、ガスエンジン３０が冷却される。
また、空気調和装置１０の暖房運転時には、冷却水三方弁３２が廃熱回収熱交換器（サブエバポレータ）３３側に開放される。このとき、冷却水ポンプ３４の稼動により、冷却水が廃熱回収熱交換器３３へ導かれ、後述するように室外側の冷媒配管１４を循環する液冷媒との熱交換により、室外側の冷媒配管１４を流れる冷媒を加熱して、ガス冷媒としてコンプレッサ１６の吸込側に供給することとなる。
ガスエンジン３０と冷却水三方弁３２との間には、冷却水バイパス弁３８が設けられており、この冷却水バイパス弁３８は、冷却水ポンプ３４の流入側に接続されている。

コンプレッサ１６から吐出された冷媒が流れ込む四方弁１８には、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂ、減圧装置としての室外膨張弁２４Ａ、２４Ｂが順次接続され、これらを介して、過冷却熱交換器（サブクーラ）４２が接続されている。
このとき、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂには、この室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂに外気を流通させる室外ファン２０Ａ、２０Ｂがそれぞれ隣接して配置されている。

四方弁１８が切り換えられることにより、空気調和装置１０は、冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、四方弁１８が暖房側に切り換えられたときには、冷媒が実線矢印αに示すように流れ、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となる。これにより、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが室内を暖房する。
一方、四方弁１８が冷房側に切り換えられたときには、冷媒が破線矢印βに示すように流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが蒸発器になって冷房運転状態となる。これにより、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが室内を冷房する。

暖房運転時には、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのそれぞれの弁開度が空調負荷に応じて調整される。
また、冷房運転時には、室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのそれぞれの弁開度が空調負荷に応じて調整され、室外膨張弁２４が全開操作される。

室外熱交換器群１１Ａ、１１Ｂおいては、冷媒高圧側（コンプレッサ１６の吐出側）と冷媒低圧側（図示の例ではアキュムレータ１７の手前）との間にバイパス管５１が接続され、このバイパス管５１にバイパス弁５２が設けられている。
さらに、この室外熱交換器１１には、室外側の冷媒配管１４を流れる液冷媒を廃熱回収熱交換器３３を介してコンプレッサ１６の吸込側に設けられたアキュムレータ１７の手前に適宜供給するためのリキッド管５３が設けられ、このリキッド管５３にリキッド弁５４が設けられている。さらにリキッド弁５４と、廃熱回収熱交換器３３との間には、過冷却熱交換器４２が設けられている。

過冷却熱交換器４２は、プレートフィン式熱交換器であり、この過冷却熱交換器４２は、リキッド弁５４で膨張して過冷却熱交換器４２の蒸発側を流れる冷却側冷媒としての液冷媒と室外熱交換器１９で凝縮されて過冷却熱交換器４２の凝縮側を流れる被冷却側冷媒としての液冷媒とが熱交換可能に設けられている。これにより、過冷却熱交換器４２は、過冷却熱交換器４２の凝縮側を流れる液冷媒を冷却して過冷却する、あるいは、すでに過冷却状態で凝縮側を流れる液冷媒の過冷却度合いを大きくする。
リキッド弁５４と並列、ひいては、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂと並列には、レシーバタンク７１が接続され、レシーバタンク７１の入口管７１Ｕ側には、冷媒配管１４との間に入口弁７２（＝第１弁）が接続され、出口管７１Ｄ側には、リキッド管５３との間に出口弁７３（＝第２弁）が接続されている。この場合において、入口弁７２および出口弁７３は電磁弁として構成しているが、電動弁として構成することも可能である。これらの入口弁７２、出口弁７３の動作については、後述する。
さらに、コンプレッサ１６の吐出側には、冷媒の吐出側圧力（冷媒高圧側圧力）を検出するための吐出側圧力検出センサ７４が設けられ、コンプレッサ１６の吸込側には、冷媒の吸込側圧力（冷媒低圧側圧力）を検出するための吸込側圧力検出センサ７８が設けられ、吐出側圧力検出センサ７４の検出した吐出側圧力およびに吸込側圧力検出センサ７８の検出した吸込側圧力に基づいて、入口弁７２、出口弁７３、ひいては、レシーバタンク７１の動作を制御するコントローラ７５が設けられている。さらに、このコントローラ７５は、室外熱交換器１１全体を制御している。

アキュムレータ１７は、過冷却熱交換器４２の蒸発側で蒸発した後にコンプレッサ１６に流入するガス冷媒を気液分離する。

次に、本実施形態にかかる空気調和装置の動作を説明する。
まず、本願発明にかかる暖房運転時の概要動作を説明する。
空気調和装置１０の暖房運転時には、上述したように、四方弁１８が暖房側に切り換えられてガス冷媒が実線矢印αに示すように流れる。コンプレッサ１６で圧縮されたガス冷媒は、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに流入する。

室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに流入したガス冷媒は、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃで室内空気と熱交換して室内を暖房するとともに、凝縮して液冷媒となる。
室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃから流出した液冷媒は、室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ及び過冷却熱交換器４２の凝縮側を流通して室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂに流入する。
このとき、室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを流通した液冷媒の一部が分流して過冷却サイクル１０１側に流れる。

ここで、分流後の液冷媒の流れ及びレシーバタンク７１の動作について、詳細に説明する。
図２は、実施形態のレシーバタンクの動作モードを変更するための暖房運転時における処理フローチャートである。
まず、初期状態において、空気調和装置１０は、停止状態にあるものとすると、空気調和装置のコントローラ７５は、停止状態（ステップＳ１１）においてレシーバタンクの動作モードを、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２を閉状態、出口弁７３を開状態として、レシーバタンク７１を余剰冷媒を収容するレシーバタンクとしては機能させない第２モードとしている（ステップＳ１２）。

続いて、ユーザにより暖房運転の開始が指示されると（ステップＳ１３）、コンプレッサ１６が運転中であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４の判別において、コンプレッサ１６が運転停止中である場合には（ステップＳ１４；Ｎｏ）、待機状態となる。
ステップＳ１４の判別において、コンプレッサ１６が運転中である場合には（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、コントローラ７５は、吐出側圧力検出センサ７４の検出した吐出側圧力に基づいて、コンプレッサ１６の吐出側（冷媒高圧側）の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる状態か否かを判別する（ステップＳ１５）。
ステップＳ１５の判別において、コンプレッサ１６の吐出側の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、冷媒圧力レベルを負荷に適した冷媒圧力レベル範囲とするために、冷媒圧力を下げるための処理に移行する。すなわち、冷媒圧力を下げるため、コントローラ７５は、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードであるか否かを判別する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードではない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、処理を後述するステップＳ２４に移行する。

ステップＳ１６の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードである場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、コントローラ７５は、入口側圧力センサ７６および出口側圧力センサ７７によりそれぞれ検出された圧力に基づいて、レシーバタンク７１に接続されている入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となるように調整する切換予備動作を行う（ステップＳ１８）。
切換予備動作によりレシーバタンク７１に接続された入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ７５は、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２を開状態、出口弁７３を閉状態として、レシーバタンク７１を冷媒の圧力変動を吸収するバッファタンクとして機能させる第１モードとする（ステップＳ１８）。
この第１モードにおいては、コンプレッサ１６の吐出側冷媒圧力の過度な上昇を防ぐことができ、特に暖房運転時における小容量室内機運転あるいは高室内外温度運転時などに有効である。

次にコントローラ７５は、空気調和装置１０の運転の停止がユーザにより指示されたか否かを判別する（ステップＳ１９）。
ステップＳ１９の判別において、空気調和装置１０の運転の停止が指示された場合には（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１１に移行し、空気調和装置の運転を停止する。
ステップＳ１９の判別において、空気調和装置１０の運転の停止が指示されていない場合には（ステップＳ１９；Ｎｏ）、処理をステップＳ１４に再び移行し、以下、同様の処理を行う。

一方、ステップＳ１５の判別において、コンプレッサ１６の吐出側の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えていない場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、コンプレッサ１６の吐出側の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて低すぎる状態か否かを判別する（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０の判別において、コンプレッサ１６の吐出側の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて低すぎる状態である場合には（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、現在のレシーバタンク７１の動作モードが、冷媒の圧力変動を吸収するためのバッファタンクとしてレシーバタンク７１を機能させる第１モードとなっているか否かを判別する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが、レシーバタンク７１をバッファタンクとして機能させる第１モードではない場合には（ステップＳ２１；Ｎｏ）、処理を後述するステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２１の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが、レシーバタンク７１をバッファタンクとして機能させる第１モードである場合には（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となるように調整する切換予備動作を行う（ステップＳ２２）。
切換予備動作によりレシーバタンク７１に接続された入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ７５は、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２を閉状態、出口弁７３を開状態として、レシーバタンク７１をバッファタンクとして機能させる第２モードとする（ステップＳ２３）。
この第２モードにおいては、コンプレッサ１６の吐出側（冷媒高圧側）の圧力を高く保つ運転が可能となり、暖房運転において、高ＣＯＰ運転を行うことができる。

続いてコントローラ７５は、処理をステップＳ１９に移行し、以下、同様の処理を行う。
一方、ステップＳ１６の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードでは無い場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）は、コントローラは現在のレシーバタンクの動作モードが第１モードであるか否かを判別する（ステップＳ２４）。
ステップＳ２４の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第１モードではない場合には処理をステップＳ１９に移行し、以下、同様の処理を行う。
ステップＳ２４の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第１モードである場合には（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、コントローラ７５は、リキッド弁５４において冷媒流量が不足しているか否かを判別する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２５の判別において、リキッド弁５４において冷媒流量が不足していない、すなわち、リキッド弁５４において冷媒流量が十分である場合には、コントローラ７５は、処理をステップＳ１９に移行し、以下、同様の処理を行う。
ステップＳ２５の判別において、リキッド弁５４において冷媒流量が不足している場合には（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、コントローラ７５は、入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となるように調整する切換予備動作を行う（ステップＳ２６）。
続いてコントローラ７５は、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２及び出口弁７３を開状態として、レシーバタンク７１をリキッド弁５４を含むリキッド回路の一部として使用し、冷媒を流す第３モードとし（ステップＳ２７）、処理をステップＳ１９に移行し、以下、同様の処理を行う。この第３モードにおいては、リキッド弁５４を流れ、廃熱回収熱交換器（サブエバポレータ）３３（図１参照）に流れ込む冷媒の不足を補うようにしている。

そして、過冷却サイクル１０１に流れた液冷媒は、過冷却熱交換器４２の蒸発側に流れる。これにより、過冷却熱交換器４２の凝縮側を流れる被冷却側冷媒としての液冷媒と、過冷却熱交換器４２の蒸発側を流れて蒸発する冷却側冷媒としてのガス冷媒との間で熱交換され、凝縮側を流れる液冷媒が冷却されて過冷却状態になる。
過冷却熱交換器４２の蒸発側を流れた冷媒および第３モードにおいて、レシーバタンク７１を流れた冷媒は、廃熱回収熱交換器３３に流れ込むこととなる。
このとき、上述したようにガスエンジン３０の冷却水三方弁３２が廃熱回収熱交換器３３側に開放され、ガスエンジン３０を冷却して廃熱を回収した冷却水が廃熱回収熱交換器３３へ導かれている。これにより、液冷媒は、ガスエンジン３０の廃熱を回収した冷却水と廃熱回収熱交換器３３で熱交換して加熱されて、ガス冷媒となり、アキュムレータ１７で気液分離されてコンプレッサ１６に吸い込まれることとなる。

一方、過冷却熱交換器４２で冷却された液冷媒は、室外膨張弁２４Ａあるいは室外膨張弁２４Ｂを通ってそれぞれ膨張し、室外熱交換器１９Ａあるいは室外熱交換器１９Ｂに流入する。そして、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂに流入した液冷媒は、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂで外気と熱交換して蒸発することによってガス冷媒となり、四方弁１８を介してアキュムレータ１７に流れ込み、アキュムレータ１７で気液分離されてコンプレッサ１６に吸い込まれる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、暖房運転時であって、コンプレッサ１６の吐出側圧力が負荷に応じた所定圧力範囲より高い場合には、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２を開状態とし、出口弁７３を閉状態とするので、小容量室内機運転時や高室内外温度運転時に、冷媒圧力の過度な上昇を防ぐことが可能となる。

また、暖房運転時であって、コンプレッサ１６の吐出側圧力が負荷に応じた所定圧力範囲より低い場合に、入口弁７２を閉状態とし、出口弁７３を開状態とするので、従来のレシーバタンクを使用する場合に比較して、エンジンの回転数を低めにしても、冷媒高圧側の圧力を高く保って運転を行うことができ、室内機の定格容量運転時あるいは低室内温度での暖房立ち上げ運転などにおいて高ＣＯＰ運転を行うことが可能となる。

さらに、暖房運転時であって、コンプレッサ１６の吐出側圧力が負荷に応じた所定圧力範囲あるいは負荷に応じた所定圧力範囲より高い場合、かつ、リキッド弁５４における冷媒流量が不足する場合に、リキッド弁５４を閉状態とし、入口弁７２及び出口弁７３を開状態とするので、冷媒流量不足を補って、より好適な運転状態とすることができる。なお、必ずしもリキッド弁５４は閉じなくてもよい。要するにレシーバタンク７１並びにリキッド弁５４の並列回路によって廃熱回収熱交換器３３に流れ込む冷媒量を確保してもよい。

次に冷房運転時の動作を説明する。
まず、冷房運転時の概要動作について説明する。
空気調和装置１０の冷房運転時には、上述したように、四方弁１８が冷房側に切り換えられてガス冷媒が破線矢印βで示すように流れる。コンプレッサ１６で圧縮されたガス冷媒は、室外熱交換器１９に流入する。
室外熱交換器１９に流入したガス冷媒は、室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂで外気と熱交換して冷却されることによって液冷媒となる。

室外熱交換器１９Ａ、１９Ｂから流出した液冷媒は、過冷却熱交換器４２の凝縮側を流通して室内機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに流入する。このとき、過冷却熱交換器４２の凝縮側を流通した液冷媒の一部が分流して過冷却サイクル１０１に流れる。過冷却サイクル１０１に流れた液冷媒は、リキッド弁５４を介して過冷却熱交換器４２の蒸発側に流れる。これにより、過冷却熱交換器４２の蒸発側を流れる冷却側冷媒としてのガス冷媒が蒸発するとともに凝縮側を流れる被冷却側冷媒としての液冷媒と熱交換し、凝縮側を流れる液冷媒を冷却して過冷却状態にする。

過冷却熱交換器４２で冷却されて室内機１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに流入した液冷媒は、室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃで膨張し、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃで室内空気と熱交換して室内を冷房するとともに、蒸発してガス冷媒となる。
室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃから流出したガス冷媒は、四方弁１８を介してアキュムレータ１７に流れ込み、アキュムレータ１７で気液分離されてコンプレッサ１６に吸い込まれる。
図３は、実施形態のレシーバタンクの動作モードを変更するための冷房運転時における処理フローチャートである。
まず、初期状態において、空気調和装置１０は、停止状態にあるものとすると、空気調和装置のコントローラ７５は、停止状態（ステップＳ３１）においてレシーバタンクの動作モードを、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２を閉状態、出口弁７３を開状態として、レシーバタンク７１を余剰冷媒を収容するレシーバタンクとしては機能させない第２モードとしている（ステップＳ３２）。

続いて、ユーザにより冷房運転の開始が指示されると（ステップＳ３３）、コンプレッサ１６が運転中であるか否かを判別する（ステップＳ３４）。
ステップＳ３４の判別において、コンプレッサ１６が運転停止中である場合には（ステップＳ３４；Ｎｏ）、待機状態となる。
ステップＳ１４の判別において、コンプレッサ１６が運転中である場合には（ステップＳ３４；Ｙｅｓ）、コントローラ７５は、吐出側圧力検出センサ７４の検出した吐出側圧力に基づいて、コンプレッサ１６の吐出側（冷媒高圧側）の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる状態か否かを判別する（ステップＳ３５）。
ステップＳ３５の判別において、コンプレッサ１６の吐出側（冷媒高圧側）の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えて高すぎる場合には（ステップＳ３５；Ｙｅｓ）、冷媒圧力レベルを負荷に適した冷媒圧力レベル範囲とするために、冷媒圧力を下げるための処理に移行する。すなわち、冷媒圧力を下げるため、コントローラ７５は、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードであるか否かを判別する（ステップＳ３６）。
ステップＳ３６の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードではない場合には（ステップＳ３６；Ｎｏ）、処理を後述するステップＳ３９に移行する。

ステップＳ３６の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードである場合には（ステップＳ３６；Ｙｅｓ）、コントローラ７５は、入口側圧力センサ７６および出口側圧力センサ７７によりそれぞれ検出された圧力に基づいて、レシーバタンク７１に接続されている入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となるように調整する切換予備動作を行う（ステップＳ３７）。
切換予備動作によりレシーバタンク７１に接続された入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ７５は、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２を開状態、出口弁７３を閉状態として、レシーバタンク７１を冷媒の圧力変動を吸収するバッファタンクとして機能させる第１モードとする（ステップＳ３８）。

この第１モードにおいては、コンプレッサ１６の吐出側冷媒圧力の過度な上昇を防ぐことができる。
ここで、冷房運転時に、第1モードで運転する理由について説明する。
冷房運転においては、圧縮機の吸込側（低圧側）の冷媒圧力レベルに応じて能力を制御する必要がある。すなわち、吸込側圧力検出センサ７８により検出した冷媒圧力レベルに応じて能力を制御することとなり、圧縮機の吐出側（高圧側）の冷媒圧力レベルが高くなり、エンジン３０の負荷（＝圧縮機の駆動負荷）が大きな状態で運転する状態が発生することとなる。
このとき、この第２モードにおいては、レシーバタンク７１がバッファタンクとして機能するため、圧縮機の吐出側（冷媒高圧側）の冷媒圧力レベルが必要以上に高くなってしまうのを抑制することができ、エンジン３０の負荷を軽減しつつ駆動させることができることとなる。

次にコントローラ７５は、空気調和装置１０の運転の停止がユーザにより指示されたか否かを判別する（ステップＳ３９）。
ステップＳ３９の判別において、空気調和装置１０の運転の停止が指示された場合には（ステップＳ３９；Ｙｅｓ）、処理をステップＳ３１に移行し、空気調和装置の運転を停止する。
ステップＳ３９の判別において、空気調和装置１０の運転の停止が指示されていない場合には（ステップＳ３９；Ｎｏ）、処理をステップＳ３４に再び移行し、以下、同様の処理を行う。

一方、ステップＳ３５の判別において、コンプレッサ１６の吐出側の冷媒圧力レベルが負荷に適した冷媒圧力レベル範囲を超えていない場合には（ステップＳ３５；Ｎｏ）、冷媒能力不足（冷媒不足）であるか否かを判別する（ステップＳ４０）。
ステップＳ４０の判別において、冷媒能力不足（冷媒不足）ではない場合には（ステップＳ４０；Ｎｏ）、処理をステップＳ３９に移行し、以下、同様の処理を行う。
ステップＳ４０の判別において、冷媒能力不足（冷媒不足）である場合には（ステップＳ４０；Ｙｅｓ）、現在のレシーバタンク７１の動作モードが、冷媒の圧力変動を吸収するためのバッファタンクとしてレシーバタンク７１を機能させる第１モードとなっているか否かを判別する（ステップＳ４１）。
ステップＳ４１の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが、レシーバタンク７１をバッファタンクとして機能させる第１モードではない場合には（ステップＳ４１；Ｎｏ）、処理を処理をステップＳ３９に移行し、以下、同様の処理を行う。

ステップＳ４１の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが、レシーバタンク７１をバッファタンクとして機能させる第１モードである場合には（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となるように調整する切換予備動作を行う（ステップＳ４２）。
切換予備動作によりレシーバタンク７１に接続された入口弁７２及び出口弁７３における圧力差が、入口弁７２及び出口弁７３を確実に動作させることができる所定の圧力差となると、コントローラ７５は、レシーバタンク７１に接続された入口弁７２を閉状態、出口弁７３を開状態として、レシーバタンク７１をバッファタンクとして機能させる第２モードとする（ステップＳ４３）。

続いてコントローラ７５は、処理をステップＳ３９に移行し、以下、同様の処理を行う。
一方、ステップＳ３６の判別において、現在のレシーバタンク７１の動作モードが第２モードでは無い場合（ステップＳ３６；Ｎｏ）は、処理をステップＳ3９に移行し、以下、同様の処理を行う。
以上の結果、冷房運転時においては、レシーバタンク７１内に冷媒が残存していたとしても冷媒回路の状況に応じて、出口弁７３を介して、冷媒回路内に冷媒を取り込むことができ、レシーバタンク内に不必要に残存する冷媒を削減することができ、効率的な冷房運転が行える。

さらに、圧縮機の吸込側（低圧側）の冷媒圧力レベルに応じて能力を制御することに起因して、圧縮機の吐出側（高圧側）の冷媒圧力レベルが必要以上に高くなってしまうのを抑制することができ、エンジン３０の負荷を軽減しつつ駆動させることができる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、運転状態に応じて最適な冷媒量を維持し、冷媒高圧を高ＣＯＰ運転可能な状態に維持することができ、効率的な空気調和運転を行うことができる。
さらにコンプレッサの駆動源（本願におけるエンジン３０）の負荷が必要以上に大きくなることを抑制することができる。

実施形態にかかる空気調和装置を示す冷媒回路図である。 実施形態のレシーバタンクの動作モードを変更するための暖房運転時における処理フローチャートである。 実施形態のレシーバタンクの動作モードを変更するための冷房運転時における処理フローチャートである。

符号の説明

１０ 空気調和装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ 室外機
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 室内機
１４ 冷媒配管
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 室内冷媒配管
１６ コンプレッサ
１７ アキュムレータ
１８ 四方弁
１９、１９Ａ、１９Ｂ 室外熱交換器
２０Ａ 室外ファン
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 室内熱交換器
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ 室内膨張弁
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 室内ファン
２４、２４Ａ、２４Ｂ 室外膨張弁
２６ オイルセパレータ
３０ ガスエンジン
３１ エンジン冷却系
３２ 冷却水三方弁
３３ 廃熱回収熱交換器
３４ 冷却水ポンプ
３５ 第１冷却系配管
３６ 第２冷却系配管
３７ 放熱器
３８ 冷却水バイパス弁
３９ リザーブタンク
４２ 過冷却熱交換器
４６ サブコンプレッサ
５１ バイパス管
５２ バイパス弁
５３ リキッド管（冷媒バイパス回路）
５４ リキッド弁
７１ レシーバタンク
７１Ｄ 出口管
７１Ｕ 入口管
７２ 入口弁（第１弁、冷媒バイパス回路）
７３ 出口弁（第２弁、冷媒バイパス回路）
７４ 吐出側圧力検出センサ
７５ コントローラ（弁制御部）
７６ 入口側圧力センサ
７７ 出口側圧力センサ
７８ 吸込側圧力検出センサ
１００ 冷凍サイクル
１０１ 過冷却サイクル

Claims (7)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器および室内熱交換器を順次接続した冷媒回路を備えた空気調和装置において、
   前記室外機に並列に接続されたレシーバタンクと、
   暖房運転時に前記レシーバタンクを介して冷媒の一部を前記室外熱交換器をバイパスして前記圧縮機の吸込側に流す冷媒バイパス回路と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１記載の空気調和装置において、
   前記冷媒バイパス回路は、前記冷媒が前記レシーバタンクへ流れ込む第１弁と、
   前記冷媒が前記レシーバタンクから流れ出す第２弁と、
   前記暖房運転時に前記第１弁あるいは前記第２弁の少なくとも一方を開状態とする弁制御部と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項１または請求項２記載の空気調和装置において、
   前記弁制御部は、前記暖房運転時あるいは冷房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が負荷に応じた所定圧力範囲より高い場合に、前記第１弁を開状態とし、前記第２弁を閉状態とすることを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の空気調和装置において、
   前記弁制御部は、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が所定圧力範囲より低い場合に、前記第１弁を閉状態とし、前記第２弁を開状態とすることを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空気調和装置において、
   前記レシーバタンクに並列に接続されたリキッド弁と、
   前記レシーバタンクに直列に接続され、前記リキッド弁あるいは前記レシーバタンクを介して流れ込んだ前記冷媒を蒸発させて前記圧縮機の吸込側に流す蒸発器と、
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項５記載の空気調和装置において、
   前記弁制御部は、前記暖房運転時に前記圧縮機の吐出圧力が前記所定圧力範囲あるいは前記所定圧力範囲より高い場合、かつ、前記リキッド弁における冷媒流量が不足する場合に、前記リキッド弁を閉状態とし、前記第１弁及び前記第２弁を開状態とすることを特徴とする空気調和装置。
7. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空気調和装置において、
   前記第１弁および前記第２弁は、電磁弁あるいは電動弁として構成されていることを特徴とする空気調和装置。

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