JP2013249986A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 除霜運転で、圧縮機1から吐出された冷媒を室内側熱交換器4に流入させて第1の凝縮温度で凝縮させ、室内側熱交換器4から流出された冷媒を第1の電子膨張弁5で減圧した後、室外側熱交換器4に流入させて第2の凝縮温度で凝縮させ、その後第2の電子膨張弁6で減圧した冷媒を吸入マフラー7に流入させる。吸入マフラー7は伝熱ステー8を介して圧縮機1のシェル31の熱で加熱されており、冷媒は吸入マフラー7内で蒸発してガス冷媒となって圧縮機1に吸入される。室内熱交換器4内で冷媒が第1の凝縮温度で凝縮することで室内を暖房しつつ、室外側熱交換器3内で冷媒が第2の凝縮温度で凝縮することで室外側熱交換器3の表面に付いた霜を溶かす除霜運転を行う。また、シェル31から周囲に放熱されている熱で冷媒を加熱して蒸発させる。
【選択図】 図1
Description
室内の冷房運転において、圧縮機で高温高圧な状態で吐出された冷媒は、室外側熱交換器で凝縮し、減圧装置で減圧され、室内側熱交換器で蒸発して、圧縮機に吸入される。冷媒が室内側熱交換器で蒸発する際、室内の空気から吸熱することで、室内が冷房される。また、室内の暖房運転において、圧縮機で高温高圧な状態で吐出された冷媒は、室内側熱交換器で凝縮し、減圧装置で減圧され、室外側熱交換器で蒸発して、圧縮機に吸入される。冷媒が室内側熱交換器で凝縮する際、室内の空気に放熱することで、室内が暖房される。
さらに、圧縮機に吸入される冷媒が液状態となって圧縮機の信頼性が低下するのを防止するために、圧縮機の吸入側に冷媒加熱用熱交換器が設けられている。この冷媒加熱用熱交換器によって、圧縮機から室内側熱交換器に流す途中の高温高圧冷媒と圧縮機に吸入される冷媒とが熱交換することで、圧縮機に吸入される冷媒を確実にガス状態としている。
ところが、圧縮機からの高温高圧冷媒を室内側熱交換器に流す前に、冷媒加熱用熱交換器に流して吸入冷媒の加熱用に用いると、室内側熱交換器に入る冷媒温度が下がってしまい、室内へ吹出す空気温度が下がり、更に暖房能力が低下するという問題点もあった。
しかし、高圧と中間圧の割合が第2絞り装置と第3絞り装置の抵抗比で決まるため、設定室温により求められる高圧側凝縮温度と、外気温度及び除霜温度で決められる中間圧側凝縮温度の各々について、2つの凝縮温度を最適温度範囲になるように個々に制御できない。このため、室内への送風温度が低く暖房能力が確保できないという問題点があったり、除霜が完全に出来ずに除霜の信頼性が低下するという問題点もあった。
密閉容器内に、圧縮機構部を配設する圧縮機構部空間と電動機を配設する電動機空間とを有し、前記圧縮機構部によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、前記圧縮機構部空間及び前記電動機空間に放出した後に前記冷凍サイクルに吐出する前記圧縮機と、
前記圧縮機の吸入側の前記冷媒配管に接続されると共に前記密閉容器と熱的に接続される外表面を有する吸入側容器と、
当該空気調和装置の運転を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第2の膨張弁の開度を全開とし、前記第1の膨張弁の開度を調整して前記室外側熱交換器で冷媒を蒸発させると共に前記室内側熱交換器で冷媒を凝縮させることで室内の暖房運転を行い、
前記暖房運転の途中で前記室外側熱交換器の表面に付着した霜を溶かす除霜運転を行う時に、前記室内側熱交換器で冷媒を第1の凝縮温度(T1)で凝縮、前記第1の膨張弁で減圧させた後、前記室外側熱交換器で冷媒を前記第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2:T2<T1)で凝縮、前記第2の膨張弁で減圧させた後で前記吸入側容器内で蒸発させて、前記除霜運転を行うことを特徴とする。
図1はこの発明の実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路を示す回路構成図である。図1に示すように、密閉容器であるシェル31に、例えば伝熱ステー8である伝熱部材を介し、例えば吸入マフラー7である吸入側容器を接触させて固定した圧縮機1と、冷房/暖房の運転モードの際に冷媒の流れ方向を切り替える四方弁2と、室内側熱交換器4、第1の膨張弁5、室外側熱交換器3、第2の膨張弁6を冷媒配管で環状に接続して冷凍サイクルを形成している。
暖房運転開始直後には冷凍サイクルが安定して動作していないこともあり、また、着霜量が少ない場合には送風機10を運転していることで、付着した霜が飛ばされる場合もある。このため、上記のように所定の温度差Tcを設定することで、暖房運転が安定し、ある程度着霜した後で除霜運転を行っている。
圧縮機1にて低温低圧の冷媒が高温高圧の冷媒に圧縮され(直線f)、四方弁2を通り、室内機11の室内側熱交換器4に流入する。圧縮された高圧の冷媒の温度を第1の凝縮温度(T1)と称する。室内側熱交換器4では、第1の凝縮温度(T1)、例えばT1=50℃程度の冷媒が室内へ凝縮熱を放出して液化していくことで室内を暖房する(直線a)。その後、室外機12に流入した冷媒は、第1の膨張弁5によって減圧され(直線b)、中間圧で中温の気液ニ相状態の冷媒となる。この時の冷媒の温度を第2の凝縮温度(T2)と称する。第2の凝縮温度(T2)は第1の凝縮温度(T1)よりも低く、例えばT2=30℃程度の冷媒は、室外側熱交換器3内で凝縮熱を放出してさらに液化する。この凝縮熱によって室外側熱交換器3に付いた霜は溶かされていく(直線c)。その後、室外側熱交換器3から流出した冷媒は、第2の膨張弁6で更に低圧に減圧され(直線d)、四方弁2を再び通過し、吸入マフラー7に流入する。吸入マフラー7内に入った冷媒は、90℃程度で高温になっているシェル31から伝熱ステー8を介して伝わった熱を吸熱しながら、第2の凝縮温度(T2)より低い温度程度、ここでは20℃程度(直線e)で蒸発している。この吸入マフラー7の中で冷媒はスーパーヒート(SH)が付くまで完全に気化した冷媒となり、圧縮機1に吸入される。
また、従来装置ではキャピラリーチューブのような絞り装置とこの絞り装置と並列にバイパスする電磁弁と絞り装置からなる直列回路で構成されている部分を、この実施の形態では膨張弁(LEV)を設けるという簡素な構成で実現しており、低価格化を図ることができる。
第1の膨張弁5の開度を制御することで、第1の凝縮温度(T1)を制御している。例えば、第1の凝縮温度(T1)−室内設定温度>A1(A1;3〜10deg)となるように、圧縮機1の回転数と第1の膨張弁5の開度と室内ファン9の回転数を調整する。運転中の第1の凝縮温度(T1)は、室内側熱交換器温度センサー4bから検出され、室内温度は室内温度センサー4aから検出される。A1は除霜開始の判定時の室内温度と室内設定温度の温度差に比例する値であり、A1は式1を満足する。
A1 ∝ 室内設定温度―室内温度 ・・・(1)
即ち、室内設定温度―室内温度で計算される温度差が大きいときのA1は、その温度差が小さいときのA1よりも大きい。
このようにA1に応じて第1の凝縮温度(T1)を調整することで、室内温度を目標温度である室内設定温度に近づけることができ、暖房中の室内の快適性を維持できる。
A2 ∝ 外気温度―室外側熱交換器温度 ・・・(2)
即ち、外気温度―室外側熱交換器温度で計算される温度差が大きいときのA2は、その温度差が小さいときのA2よりも大きい。
このようにA2に応じて第2の凝縮温度(T2)を調整することで、室外側熱交換器3の表面に付いた霜を早く溶かすことができる。
また、第1の膨張弁5の調整が追い付かずに室内側熱交換器4の温度が低下し、温度差A1を下回った場合は、室内送風機9のファン速を下げて室内側熱交換器温度を維持するファン速制御で補間する制御を行う。
除霜運転中の室外送風機10は、除霜運転開始後に室外側熱交換器温度が外気温度に近づいた(例えば外気温度になった)時に停止する。
また、圧縮機1の運転周波数は、除霜運転中も室内温度の変化に対し、温度変化量と変化時間に合わせて調整される。
また、除霜時の圧縮機1の運転周波数や霜の密度によっては急激な状態変化がある場合も想定されるため、保護を目的として室外側熱交換器温度が15℃になった場合は霜取運転を強制終了させることもある。
また、圧縮機1の運転周波数も第2の膨張弁6が全開となった時に除霜運転前の運転周波数となるように、第2の膨張弁6の動きに同期させながら徐々に周波数を合わせていく。第2の膨張弁6が全開で圧縮機1が除霜前の運転周波数に戻った後は、これまでと同様、室内温度の変化に対し、温度変化量と変化時間に合わせて運転周波数を調整する。
マフラー7を示す縦断面図であり、例えばローリングピストン型ロータリー圧縮機を示す。圧縮機1本体を構成するシェル31内は、フレーム40によって電動機空間28と圧縮機構部空間29に分けられる。電動機空間28には、シャフト34を回転させる電動機Mとして、シャフト34に焼嵌め固定されているステータ32とシェル31に焼嵌め固定されているロータ33が配設されている。また、圧縮機構部空間29には、冷媒を圧縮する圧縮機構部Nとして偏芯クランクシャフト35、シリンダー36、ローリングピストン37、シリンダーヘッド38、仕切りベーン39を有する。
さらに、シリンダーヘッド38、シリンダー36、フレーム40において、圧縮室42の外周側に位置する部分には、吐出マフラー45に吐出されるガス冷媒が、電動機空間28に流通可能な冷媒通路30aが複数設けられている。圧縮機1内の矢印は、冷媒の流れ方向を示す。冷媒回路内の冷媒は、流入管7aから吸入マフラー7に流入して完全に気化し、流出管7bへ流れて吸入管41を通り、圧縮室42に流入する。
この構成では、冷媒回路を循環する冷媒が気液ニ相状態で流入管7aから吸入マフラー7へ流入したとしても、吸入マフラー7内でさらに蒸発が促されて、確実にスーパーヒート(SH)の付いたガス状態の冷媒が流出管7bから流出される。このため、圧縮機1に液冷媒が吸入されて、圧縮機1が破損するのを防止でき、空気調和装置の信頼性を確保できる。
また、積極的にシェル31の熱を伝熱ステー8を介して冷媒に回収するため、シェル31の温度を下げることができる。シェル31の温度が上昇すると、電動機Mのモータ効率が低下するが、シェル31の温度上昇を防止することで、モータ効率の低下を防止できる。
例えば、板状でなく、図6に示すように、シェル31の外表面の一部と吸入マフラー7の外表面の一部に沿った形状としてもよい。このような形状の伝熱ステー8では、伝熱ステー8とシェル31及び伝熱ステー8と吸入マフラー7の接触面積が大きくなる。このため、熱伝導性がよくなり、より多くの熱量をシェル31から吸入マフラー7に回収できる。
また、圧縮機1の吸入側に設けられ、シェル31の熱で内部の冷媒が加熱される吸入側容器として吸入マフラー7としたが、これに限るものではない。圧縮機1の吸入側に気液分離器が設けられている空気調和装置の場合には、気液分離器とシェル31とを熱的に接続して、気液分離器の内部の冷媒をシェル31の熱で加熱するように構成してもよい。
圧縮機1、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁2、室内側熱交換器4、絞りの開度を調整可能な第1の膨張弁5、室外側熱交換器3、絞りの開度を調整可能な第2の膨張弁6、を冷媒配管で順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、
密閉容器31内に、圧縮機構部Nを配設する圧縮機構部空間29と電動機Mを配設する電動機空間28とを有し、圧縮機構部Nによって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、圧縮機構部空間29及び電動機空間28に放出した後に冷凍サイクルに吐出する圧縮機1と、圧縮機1の吸入側の冷媒配管に接続されると共に密閉容器31と熱的に接続される外表面を有する吸入側容器7と、
当該空気調和装置の運転を制御する制御装置3c、4cと、を備え、
制御装置3c、4cは、第2の膨張弁6の開度を全開とし、第1の膨張弁5の開度を調整して室外側熱交換器3で冷媒を蒸発させると共に室内側熱交換器4で冷媒を凝縮させることで室内の暖房運転を行い、
暖房運転の途中で室外側熱交換器3の表面に付着した霜を溶かす除霜運転を行う時に、室内側熱交換器4で冷媒を第1の凝縮温度(T1)で凝縮、第1の膨張弁5で減圧させた後、室外側熱交換器3で冷媒を第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2:T2<T1)で凝縮、第2の膨張弁6で減圧させた後で吸入側容器7内で蒸発させて、除霜運転を行うことにより、
除霜運転において、運転条件や環境条件が変化しても安定して室内暖房の快適性を維持できると共に確実に除霜でき、冷媒の蒸発工程で特別な電力を必要とせずに省エネルギー化を図りつつ、圧縮機の信頼性を確保することができる効果がある。
この発明の実施の形態2は、シェル31からの放熱を回収する実施の形態1の構成に加え、さらに室外機12内の放熱を熱回収するものである。
図8に示すように、凍結防止ヒーター20の点線で示す一部分20aは、室外側熱交換器3の下側に配置されているので、断面が略円形状の凍結防止ヒーター20aの下側は室外機底板22を暖め、室外機底板22に溜まった水分の凍結を防止する。また、凍結防止ヒーター20aの上側は室外側熱交換器3を暖め、室外側熱交換器3の表面で着霜しにくくする。一方、実線で示す部分の凍結防止ヒーター20bの下側は室外機底板22を暖め、室外機底板22に溜まった水分の凍結を防止し、上側は接触している気液分離器19の外表面を加熱する。
実施の形態1と比較すると、圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒が気液分離器19内の空間を通過することで、吐出するガス冷媒の圧力脈動が均一化される。このため、ガス冷媒の圧力脈動による共振が低減され、共振が原因とされる異常音の発生が緩和される効果が期待できる。
また、圧縮機1に吸入される冷媒が気液分離器19内の空間を通過することで、吸入するガス冷媒の圧力脈動が均一化される。このため、ガス冷媒の圧力脈動による共振が低減され、共振が原因とされる異常音の発生が緩和される効果が期待できる。
圧縮機1にて低温低圧の冷媒が高温高圧の冷媒に圧縮され(直線f)、四方弁2を通り、室内機11の室内側熱交換器4に流入する。室内側熱交換器4では、冷媒は第1の凝縮温度(T1)、例えばT1=50℃で凝縮し、その際室内へ凝縮熱を放出して液化していくことで室内を暖房する(直線a)。その後、室外機12に流入し、第1の膨張弁5によって中温中圧に減圧され(直線b)、室外側熱交換器3にて冷媒は第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2)、例えばT2=30℃で凝縮し、その際室外側熱交換器3に凝縮熱を放出してさらに液化することで室外側熱交換器3に付いた霜を融解する(直線c)。その後、第2の膨張弁6で更に減圧され(直線d)、気液分離器19に流入する。この気液分離器19内で凍結防止ヒーター20から室外機底板22に伝わらずに室外機12内に放熱される熱量を回収して蒸発し、四方弁2を再び通過する。そして、伝熱ステー8を介してシェル31によって加熱された吸入マフラー7の中でスーパーヒートが付くまで完全に気化した冷媒となって(直線g)、圧縮機1に吸入される。
凍結防止ヒーター20と気液分離器19の外表面とを熱的に接続し、
除霜運転時に、第2の膨張弁6で減圧させた冷媒を、気液分離器19内で凍結防止ヒーター20によって加熱させることにより、
除霜運転において、運転条件や環境条件が変化しても安定して室内暖房の快適性を維持できると共に確実に除霜でき、冷媒の蒸発工程で特別な電力を必要とせずに省エネルギー化を図りつつ、圧縮機の信頼性を確保することができる効果がある。
この発明の実施の形態3に係る空気調和装置は、実施の形態1の吸入マフラー7によるシェル31からの放熱を回収する構成に加え、圧縮機1の圧縮機構部Nで高温高圧になったガス冷媒の熱を気液分離器19内で奪い、温度の下がった冷媒をシェル31内に戻してシェル31の温度を下げることで、シェル31から室外機12内に放熱する熱量を回収する構成としたことを特徴とする。
圧縮室42で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、吐出ポート43、吐出バルブ44を通って吐出マフラー45に流れてくる。吐出マフラー45に流れ込んだガス冷媒は、ガス冷媒取出口48aから流出してガスクーラ配管26に流れ、気液分離器19内を通過して冷媒再吸入口48bからシェル31内に流入する。なお、圧縮機1内の圧力は、ガス冷媒取出口48a>冷媒再吸入口48bである。この圧力差によって、ガス冷媒はガスクーラ配管26内をガス冷媒取出口48aから冷媒再吸入口48bへ循環する。
圧縮機1の稼動により、ステータ32及びロータ33で構成される電動機Mからの発熱や、圧縮機構部Nの摩擦損失やローリングピストン37や偏芯クランクシャフト35等による冷媒圧縮時の熱漏洩によって発熱が生じる。この発熱によって、圧縮機1を構成する各部の温度が上昇し、モータ巻線やロータ33、ステータ32、シリンダー36、シリンダーヘッド38、フレーム40、吐出マフラー45等の構造体は90℃程度に温度が高くなっている。気液分離器19内で冷媒を加熱して温度が低下したガスクーラ配管26内の冷媒は、冷媒再吸入口48bからシェル31内に戻る。その後、電動機空間28を上昇しながら電動機Mの構成部材を冷却し、冷媒自身は高温のシェル31内で加熱される。そして高温高圧のガス冷媒となり、吐出管47から吐出して冷凍サイクルを循環する。
電動機Mの温度が上昇するとモータ効率が低下するが、温度が下がった冷媒によって電動機Mの温度が冷され、モータ効率の低下を防止できるという効果もある。
図13はこの発明の実施の形態3に係る除霜運転における冷凍サイクルと熱移動を示す説明図であり、横軸にエンタルピ、縦軸に圧力を示す。図中、点線曲線は冷媒の飽和エンタルピ線図、実線は冷凍サイクルを示す。
圧縮機1にて低温低圧の冷媒が高温高圧の冷媒に圧縮され(直線f)、ガスクーラ配管26を流れる。気液分離器19内には、第2の膨張弁6で減圧された低温低圧の液冷媒の冷媒が流入する。この低温低圧の液冷媒とガスクーラ配管26内を流れる高温高圧のガス冷媒とが、ガスクーラ配管26の配管を介して熱交換する。ガスクーラ配管26を流れる冷媒は、液化しながら圧縮機1に戻ってシェル31内で再びガス化し、吐出管47を通って室内機11の室内側熱交換器4に流入する。室内側熱交換器4では、冷媒は室内へ凝縮熱を放出して液化していくことで室内を暖房する(直線h)。その後、室外機12に流入し、第1の膨張弁5によって中温中圧に減圧され(直線b)、室外側熱交換器3にて冷媒は室外側熱交換器3に凝縮熱を放出してさらに液化する。この凝縮熱によって室外側熱交換器3に付いた霜を融解する(直線c)。その後、第2の膨張弁6で更に減圧され(直線d)、低温低圧の液冷媒又は気液二相状態の冷媒となって気液分離器19に流入する。この気液分離器19内でガスクーラ配管26内を流れる高温高圧の冷媒によって加熱されて蒸発し、四方弁2を再び通過する。この後、冷媒は伝熱ステー8を介して圧縮機1によって加熱された吸入マフラー7の中でスーパーヒートが付くまで完全に気化した冷媒となり(直線i)、吸入管41から圧縮機1に吸入される。
特に、気液分離器19内の低温低圧の冷媒に対し、ガスクーラ配管26の配管を介して放熱するため、シェル31からの熱伝導よりも効率よくシェル31の放熱量を回収できる。
また、冷媒の蒸発工程(図13では直線i)で、冷媒が奪う熱量が実施の形態1よりも多くなり、低圧側の圧力低下を防止でき、低圧側圧力低下に伴うガス密度の低下が改善される。その結果、冷媒の密度向上によって冷媒循環流量が増加し、除霜運転中の暖房能力及び除霜能力を増加できる。さらに、冷媒循環流量の増加及び圧縮比低減によって、冷凍サイクルの効率向上につながる効果がある。
除霜運転時に、第2の膨張弁6で減圧させた冷媒を、気液分離器19内でガスクーラ配管26内を流れる冷媒で加熱させることにより、
シェル31から放熱される熱量を、ガスクーラ配管26を流れるガス冷媒によって圧縮機吸入前の冷媒に回収し、冷媒の蒸発工程で特別な電力を必要とせずに省エネルギー化を図りつつ、圧縮機の信頼性を確保することができる。
この発明の実施の形態4に係る空気調和装置は、実施の形態1の吸入マフラー7によるシェル31からの放熱を回収する構成に加え、圧縮機1の圧縮機構部Nを通過することで高温となった冷凍機油の熱を気液分離器19内で奪い、温度の下がった冷凍器油をシェル31内に戻してシェル31の温度を下げることで、シェル31から室外機12内に放熱する熱量を回収する構成としたことを特徴とする。
圧縮室42で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、吐出ポート43、吐出バルブ44を通って吐出マフラー45に流れてくる。吐出マフラー45に溜まったガス冷媒は、実施の形態1と同様、圧縮室42の外周側の冷媒通路30a(図15では点線で示す)を上昇し、電動機空間28を通って吐出管47から吐出される。
また、シェル31の底部に溜まっている冷凍機油がロータ33の回転力でシャフト34の螺旋溝46に沿って上昇する。そして、オイル取出口49a付近まで上昇した冷凍機油は、オイル取出口49aから流出してオイルクーラ配管27に流れ、気液分離器19内を通過してオイル再吸入口49bからシェル31内に流入する。圧縮機1に再吸入された冷凍機油はシェル31の底部に戻り、再び、螺旋溝46に沿って上方に運び上がる。なお、オイルクーラ配管27の管内圧損分の運動エネルギー分が静圧差になって、オイル取出口49a付近の圧力>オイル再吸入口49b付近の圧力である。この圧力差によって、冷凍機油はオイルクーラ配管27内をオイル取出口49aからオイル再吸入口49bへ循環する。シェル31内のガス冷媒は90℃程度であり、シェル31内の各部材やシェル31内の冷凍機油の温度も90℃程度になる。
圧縮機1にて低温低圧の冷媒が高温高圧の冷媒に圧縮され(直線f)、高温となった冷凍機油がオイルクーラ配管27内を流れる。そして、気液分離器19内部を通過するときに、オイルクーラ配管27の配管を介して、気液分離器19内の低温低圧の液冷媒と熱交換する。これにより冷凍機油は温度低下する。高温のガス冷媒の熱を冷凍機油がオイルクーラ配管27で輸送していると考えると、高温のガス冷媒は気液分離器19で放熱することで一部凝縮し、室内機11の室内側熱交換器4に流入する。室内側熱交換器4では、冷媒は室内へ凝縮熱を放出して液化していくことで室内を暖房する(直線h)。その後、室外機12に流入し、第1の膨張弁5によって中温中圧に減圧され(直線b)、室外側熱交換器3にて冷媒は室外側熱交換器3に凝縮熱を放出してさらに液化する。この凝縮熱によって室外側熱交換器3に付いた霜を融解する(直線c)。その後、第2の膨張弁6で更に減圧され(直線d)、低温低圧の液冷媒又は気液二相状態の冷媒となって気液分離器19に流入する。この気液分離器19内でオイルクーラ配管27内を流れる冷凍機油によって加熱されて蒸発し、四方弁2を再び通過する。この後、冷媒は伝熱ステー8を介して圧縮機1によって加熱された吸入マフラー7の中でスーパーヒートが付くまで完全に気化した冷媒となり(直線j)、吸入管41から圧縮機1に吸入される。
特に、気液分離器19内の低温低圧の冷媒に対し、オイルクーラ配管27の配管を介して放熱するため、シェル31からの熱伝導よりも効率よくシェル31の放熱量を回収できる。
また、冷媒の蒸発工程(図16では直線j)で、冷媒が奪う熱量が実施の形態1よりも多くなり、低圧側の圧力低下を防止でき、低圧側圧力低下に伴うガス密度の低下が改善される。その結果、冷媒の密度向上によって冷媒循環流量が増加し、除霜運転中の暖房能力及び除霜能力を増加できる。さらに、冷媒循環流量の増加及び圧縮比低減によって、冷凍サイクルの効率向上につながる効果がある。
除霜運転時に、第2の膨張弁6で減圧させた冷媒を、気液分離器19内でオイルクーラ配管27内を流れる冷凍機油によって加熱させる構成としたことにより、
シェル31から放熱される熱量を冷凍機油で輸送して圧縮機吸入前の冷媒に回収し、冷媒の蒸発工程で特別な電力を必要とせずに省エネルギー化を図りつつ、圧縮機の信頼性を確保することができる。
実施の形態1〜4では、密閉容器であるシェル31内が高温高圧ガス冷媒で満たされて、シェル31内の空間全体が高圧となる高圧圧縮機(高圧シェル型圧縮機とも言う)1において、除霜運転で圧縮機1の放熱ロスの熱を回収して能力改善や信頼性確保を図る構成例を示した。この発明の実施の形態5では、シェル31内が低圧冷媒雰囲気で、圧縮室42以外のシェル31内の空間全体が低圧となる低圧圧縮機(低圧シェル型圧縮機とも言う)52について説明する。
圧縮機1にて低温低圧の冷媒が高温高圧の冷媒に圧縮され(直線f)、室内側熱交換器4に流入する。室内側熱交換器4では、冷媒は第1の凝縮温度(T1)、例えばT1=50℃程度で凝縮して室内へ凝縮熱を放出して液化していくことで室内を暖房する(直線a)。その後、室外機12に流入し、第1の膨張弁5によって中温中圧に減圧される(直線b)。そして、室外側熱交換器3にて冷媒は第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2)、例えばT2=30℃程度で凝縮し、室外側熱交換器3に凝縮熱を放出してさらに液化する。この凝縮熱によって室外側熱交換器3に付いた霜を融解する(直線c)。その後、冷媒は第2の膨張弁6で更に減圧され(直線d)、液状態又は気液ニ相状態で圧縮機52に吸入される。シェル31の内部でモータ発熱ロスやローリングピストン及びクランクシャフトの軸受摩擦ロスなどの熱を回収してスーパーヒートが付くまで完全に気化した冷媒となり(直線k)、ガス冷媒通路51から圧縮室42に吸入される。
圧縮機52、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁2、室内側熱交換器4、絞りの開度を調整可能な第1の膨張弁3、室外側熱交換器3、絞りの開度を調整可能な第2の膨張弁6、を冷媒配管で順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、
密閉容器31内に、圧縮機構部Nを配設する圧縮機構部空間29と電動機Mを配設する電動機空間28とを有し、圧縮機構部Nによって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、吐出管47で導いて冷凍サイクルに吐出する圧縮機52と、
当該空気調和装置の運転を制御する制御装置3c、4cと、を備え、
制御装置3c、4cは、第2の膨張弁の開度6を全開とし、第1の膨張弁5の開度を調整して室外側熱交換器3で冷媒を蒸発させると共に室内側熱交換器4で冷媒を凝縮させることで室内の暖房運転を行い、
暖房運転の途中で室外側熱交換器3の表面に付着した霜を溶かす除霜運転を行う時に、室内側熱交換器4で冷媒を第1の凝縮温度(T1)で凝縮、第1の膨張弁5で減圧させた後、室外側熱交換器3で冷媒を第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2:T2<T1)で凝縮、第2の膨張弁6で減圧させた後で電動機空間28と圧縮機構部空間29で蒸発させて、除霜運転を行うことにより、
除霜運転時に、運転条件や環境条件が変化しても安定して室内暖房の快適性を維持できると共に確実に除霜でき、冷媒の蒸発工程で特別な電力を必要とせずに省エネルギー化を図りつつ、圧縮機の信頼性を確保することができる効果がある。
この発明の実施の形態6では、密閉容器であるシェル31内が、低圧冷媒雰囲気の空間と高圧冷媒雰囲気の空間を有する高低圧圧縮機(高低圧シェル型圧縮機とも言う)53について説明する。
このように、圧縮室42で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、圧縮機構部空間29に放出された後に吐出管47を通って冷凍サイクルに吐出される。シェル31内の圧縮機構部空間29は高圧冷媒雰囲気となり、電動機空間28は吸入した低圧冷媒雰囲気となる高低圧圧縮機53を構成する。
圧縮機53、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁2、室内側熱交換器4、絞りの開度を調整可能な第1の膨張弁5、室外側熱交換器3、絞りの開度を調整可能な第2の膨張弁6、を冷媒配管で順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、
密閉容器31内に、圧縮機構部Nを配設する圧縮機構部空間29と圧縮機構部Nよりも下方に設けられる電動機Mを配設する電動機空間28とを有し、圧縮機構部Nによって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、圧縮機構部空間29に放出した後に冷凍サイクルに吐出する圧縮機53と、
当該空気調和装置の運転を制御する制御装置3c、4cと、を備え、
制御装置3c、4cは、第2の膨張弁6の開度を全開とし、第1の膨張弁5の開度を調整して室外側熱交換器3で冷媒を蒸発させると共に室内側熱交換器4で冷媒を凝縮させることで室内の暖房運転を行い、
暖房運転の途中で室外側熱交換器3の表面に付着した霜を溶かす除霜運転を行う時に、室内側熱交換器4で冷媒を第1の凝縮温度(T1)で凝縮、第1の膨張弁5で減圧させた後、室外側熱交換器3で冷媒を第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2:T2<T1)で凝縮、第2の膨張弁6で減圧させた後で電動機空間28で蒸発させて、除霜運転を行うことにより、
除霜運転時に、運転条件や環境条件が変化しても安定して室内に温風を吹き出して室内暖房の快適性を維持できると共に確実に除霜でき、冷媒の蒸発工程で特別な電力を必要とせずに省エネルギー化を図りつつ、圧縮機の信頼性を確保することができる効果がある。
Claims (8)
- 圧縮機、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁、室内側熱交換器、絞りの開度を調整可能な第1の膨張弁、室外側熱交換器、絞りの開度を調整可能な第2の膨張弁、を冷媒配管で順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、
密閉容器内に、圧縮機構部を配設する圧縮機構部空間と電動機を配設する電動機空間とを有し、前記圧縮機構部によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、前記圧縮機構部空間及び前記電動機空間に放出した後に前記冷凍サイクルに吐出する前記圧縮機と、
前記圧縮機の吸入側の前記冷媒配管に接続されると共に前記密閉容器と熱的に接続される外表面を有する吸入側容器と、
当該空気調和装置の運転を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第2の膨張弁の開度を全開とし、前記第1の膨張弁の開度を調整して前記室外側熱交換器で冷媒を蒸発させると共に前記室内側熱交換器で冷媒を凝縮させることで室内の暖房運転を行い、
前記暖房運転の途中で前記室外側熱交換器の表面に付着した霜を溶かす除霜運転を行う時に、前記室内側熱交換器で冷媒を第1の凝縮温度(T1)で凝縮、前記第1の膨張弁で減圧させた後、前記室外側熱交換器で冷媒を前記第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2:T2<T1)で凝縮、前記第2の膨張弁で減圧させた後で前記吸入側容器内で蒸発させて、前記除霜運転を行うことを特徴とする空気調和装置。 - 前記密閉容器と前記吸入側容器の外表面を接触させ、さらに一端部が前記密閉容器に固定され、他端部が前記吸入側容器の外表面に固定される金属製の伝熱部材を介して、前記密閉容器と前記吸入側容器が熱的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 圧縮機、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁、室内側熱交換器、絞りの開度を調整可能な第1の膨張弁、室外側熱交換器、絞りの開度を調整可能な第2の膨張弁、を冷媒配管で順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、
密閉容器内に、圧縮機構部を配設する圧縮機構部空間と前記圧縮機構部よりも下方に設けられる電動機を配設する電動機空間とを有し、前記圧縮機構部によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、前記圧縮機構部空間に放出した後に前記冷凍サイクルに吐出する前記圧縮機と、
当該空気調和装置の運転を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第2の膨張弁の開度を全開とし、前記第1の膨張弁の開度を調整して前記室外側熱交換器で冷媒を蒸発させると共に前記室内側熱交換器で冷媒を凝縮させることで室内の暖房運転を行い、
前記暖房運転の途中で前記室外側熱交換器の表面に付着した霜を溶かす除霜運転を行う時に、前記室内側熱交換器で冷媒を第1の凝縮温度(T1)で凝縮、前記第1の膨張弁で減圧させた後、前記室外側熱交換器で冷媒を前記第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2:T2<T1)で凝縮、前記第2の膨張弁で減圧させた後で前記電動機空間で蒸発させて、前記除霜運転を行うことを特徴とする空気調和装置。 - 前記第2の膨張弁と前記四方弁の間に設置される気液分離器と、前記圧縮機構部で圧縮された高温高圧のガス冷媒を前記密閉容器の外に導き、前記気液分離器の内部を通して前記密閉容器の前記圧縮機構部空間または前記電動機空間に再び流入させるガスクーラ配管と、を備え、
前記除霜運転時に、前記第2の膨張弁で減圧させた冷媒を、前記気液分離器内で前記ガスクーラ配管内を流れる冷媒で加熱させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 圧縮機、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁、室内側熱交換器、絞りの開度を調整可能な第1の膨張弁、室外側熱交換器、絞りの開度を調整可能な第2の膨張弁、を冷媒配管で順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、
密閉容器内に、圧縮機構部を配設する圧縮機構部空間と電動機を配設する電動機空間とを有し、前記圧縮機構部によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、吐出管で導いて前記冷凍サイクルに吐出する前記圧縮機と、
当該空気調和装置の運転を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第2の膨張弁の開度を全開とし、前記第1の膨張弁の開度を調整して前記室外側熱交換器で冷媒を蒸発させると共に前記室内側熱交換器で冷媒を凝縮させることで室内の暖房運転を行い、
前記暖房運転の途中で前記室外側熱交換器の表面に付着した霜を溶かす除霜運転を行う時に、前記室内側熱交換器で冷媒を第1の凝縮温度(T1)で凝縮、前記第1の膨張弁で減圧させた後、前記室外側熱交換器で冷媒を前記第1の凝縮温度(T1)よりも低い第2の凝縮温度(T2:T2<T1)で凝縮、前記第2の膨張弁で減圧させた後で前記電動機空間と前記圧縮機構部空間で蒸発させて、前記除霜運転を行うことを特徴とする空気調和装置。 - 前記室外側熱交換器の近傍に設けられ、前記除霜運転で生じた霜の融解水の凍結を防止する凍結防止ヒーターと、前記第2の膨張弁と前記四方弁との間に設置される気液分離器と、を備え、
前記凍結防止ヒーターと前記気液分離器の外表面とを熱的に接続し、
前記除霜運転時に、前記第2の膨張弁で減圧させた冷媒を、前記気液分離器内で前記凍結防止ヒーターによって加熱させることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記凍結防止ヒーターと前記気液分離器の外表面とを金属製の固定具によって接触させて固定することで、前記凍結防止ヒーターと前記気液分離器を熱的に接続したことを特徴とする請求項6記載の空気調和装置。
- 前記第2の膨張弁と前記四方弁の間に設置される気液分離器と、前記密閉容器内に封入される冷凍機油を前記密閉容器の外に導き、前記気液分離器の内部を通して前記密閉容器に再び流入させるオイルクーラ配管と、を備え、
前記除霜運転時に、前記第2の膨張弁で減圧させた冷媒を、前記気液分離器内で前記オイルクーラ配管内を流れる前記冷凍機油によって加熱させることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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