JP2014119150A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転効率を高めるために冷媒回路を循環する冷媒量を変更可能で、空気調和機の運転中に急に停電が発生して空気調和機の運転が停止した場合でも安全性の高い空気調和機を提供することを目的とする。
【解決手段】 冷媒回路を構成する絞り装置５と並列に設けられた冷媒量調整部１０が、冷媒を溜めるレシーバ１３と、レシーバ１３と配管１１とを連結する第一連結管１４及びレシーバ１３と配管１２とを連結する第二連結管１５と、第一連結管１４及び第二連結管１５にそれぞれ介装された、冷媒の流量を調整する第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７とを備えた空気調和機であって、第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７のうち、少なくとも一方が全閉しない構造の流量調整装置であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷媒回路を循環する冷媒量を調整可能な空気調和機に関する。

現在の空気調和機のほとんどは、冷房と暖房が切り替えられるように冷媒回路が構成されている。また、冷媒回路に必要な冷媒量は、凝縮器の大きさによって大きく変化するところ、一般的な空気調和機においては、冷媒回路を構成する室内熱交換器と室外熱交換器とで冷媒流路の容積が異なる。したがって、冷房運転時と暖房運転時とで、冷媒回路に必要とされる冷媒量が大きく変化する。また、同じ運転モードであっても、圧縮機の回転数が高い場合と低い場合とで冷媒回路に必要とされる冷媒量は変化する。

上記課題に対して、特許文献１には、少なくとも１つの冷媒ラインによって冷媒回路と流通連通して接続される冷媒貯蔵装置と、少なくとも１つの冷媒ラインに配された冷媒流制御装置とを備え、冷媒流制御装置は冷媒が冷媒ラインを通流する開位置と、冷媒ラインを通る冷媒の流れを遮断する閉位置とを有する冷媒蒸気圧縮システムが記載されている。

特開２０１１−５２１１９４号公報

しかしながら、特許文献１では、必要冷媒量を調整するときのみ冷媒流制御装置を開位置にする制御を行っていることから、冷房運転や暖房運転などの空気調和機運転中に停電等で空気調和機へ電源の供給が途絶えることが発生したときは、冷媒貯蔵装置に冷媒が密封される可能性がある。したがって、冷媒貯蔵装置に冷媒が満たされた状態で密封され、その状態が炎天下で長時間続いた場合には、冷媒貯蔵装置内の冷媒が膨張（液膨張や液冷媒のガス化）することにより非常に高い圧力がかかることになる。冷媒流制御装置に過負荷がかかって故障したり、レシーバから冷媒回路の外に冷媒が漏れるおそれがあり、空気調和機の信頼性が悪くなる。

そこで、本発明においては、上記に鑑み、運転効率を高めるために冷媒回路を循環する冷媒量を変更可能で、空気調和機の運転中に急に停電等が発生して空気調和機へ電源の供給が途絶えることにより空気調和機の運転が停止した場合でも信頼性の高い空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器が配管により順次接続されて冷媒が流れる冷媒回路が構成され、前記冷媒回路を流れる冷媒の量を調整する冷媒量調整部が前記絞り装置と並列に設けられ、前記冷媒量調整部は、前記絞り装置前後の高圧側配管から低圧側配管に流れる冷媒の圧力を利用して冷媒を溜めるレシーバと、前記レシーバと前記高圧側配管とを連結する高圧側連結管及び前記レシーバと前記低圧側配管とを連結する低圧側連結管と、前記高圧側連結管及び低圧側連結管にそれぞれ介装された、冷媒の流量を調整する高圧側流量調整装置及び低圧側流量調整装置とを備えた空気調和機であって、前記高圧側流量調整装置及び低圧側流量調整装置のうち、少なくとも一方が全閉しない構造の流量調整装置であることを特徴とする。

上記構成によれば、二つの流量調整装置のうち、少なくとも一方が全閉しない構造であるため、たとえ、冷房運転や暖房運転などの空気調和機の運転中にレシーバ内いっぱいの冷媒が収容された状態で停電などにより、空気調和機へ電源の供給が途絶えて流量調整装置の動作が停止したとしても、レシーバ内に溜まった冷媒は全閉しない構造の流量調整装置を通って冷媒回路に戻ることになる。したがって、レシーバの容量を必要以上に大きくすることなく、安全性の高い空気調和機を得ることができる。

全閉しない構造の流量調整装置は低圧側流量調整装置としてもよい。空気調和機が冷暖房運転可能に構成されている場合は、全閉しない構造の流量調整装置は、冷房運転及び暖房運転のうち、最適冷媒量が少ない方の運転を実行したときの低圧側流量調整装置としてもよい。これにより、停電により急に圧縮機が停止した時に、冷媒の圧力差によってレシーバに溜まった冷媒をよりスムーズに冷媒回路に放出することができる。

なお、上記空気調和機において、最適冷媒量が多い方の運転を実行したときには、全閉しない構造の流量調整装置は高圧側流量調整装置となるが、このときにはレシーバ内の冷媒量は最適冷媒量が少ない運転モードに比べて少なくなることからレシーバが過圧される可能性は小さい。また、高圧側流量調整装置が全閉しない構造の流量調整装置であることから、絞り装置前後の高圧側配管の冷媒が低圧側配管に流れるとともに高圧側配管内の圧力が低下し、それに伴って時間はかかるもののレシーバ内から冷媒が冷媒回路に戻ることになる。

レシーバの内容積は、運転条件によって変動し得る最適冷媒量の最大量と最小量の容積差を基準として設定してもよい。ここで、最適冷媒量とは、冷媒回路に封入された冷媒量からレシーバ内に貯留される冷媒量を引いた、実際に冷媒回路を循環する冷媒量のうち、「空調能力」／「消費電力」で表わされるＣＯＰ（成績係数）が最大となる冷媒量を意味する。

具体的に、空気調和機が、クーラー（冷房専用のエアコン）の場合は、圧縮機の回転数が最も高いときの最適冷媒量と、圧縮機の回転数が最も低いときの最適冷媒量の容積差を基準としてレシーバの内容積を設定することができる。また、空気調和機が、エアコンの場合は、通常、同じ運転モードで圧縮機の回転数の変化による最適冷媒量の容積差よりも、冷房運転と暖房運転の間で運転モードを切り替えたときの最適冷媒量の容積差の方が大きくなるため、後者の容積差を基準としてレシーバの内容積を設定することができる。

なお、冷房運転と暖房運転との間で運転モードを切り替えたときの最適冷媒量の容積差を求める際には、冷暖房運転とも定格運転を行ったときの最適冷媒量を用いることができる。ここで、定格運転とは、圧縮機の回転数を予め設定した一定値で駆動させる運転を意味する。圧縮機の回転数としては、最小回転数と最大回転数の間の運転効率が高く標準的な回転数が設定される。

運転条件によって変動し得る最適冷媒量の最大量と最小量の容積差をそのままレシーバの内容積としてもよいが、それよりもレシーバを少し大型化することで、レシーバ内に貯留されている液冷媒が液膨張やガス化した際に、圧力が逃げるスペースが存在するため、信頼性が向上する。従って、運転条件に応じた最適冷媒量の変更による運転効率の向上を図るためには、最適冷媒量の最大量と最小量の容積差を基準としてその１倍以上の容積に設定すればよりよい。

上記構成の空気調和機において、運転条件によって最適冷媒量を調整するには、高圧側流量調整装置及び低圧側流量調整装置の開度を制御する制御装置を設け、制御装置は、最適冷媒量が少ない空調運転を実行するときに、高圧側流量調整装置の開度を低圧側流量調整装置の開度よりも大きくしてレシーバ内に冷媒を溜めるようにし、最適冷媒量が多い空調運転を実行するときに、高圧側流量調整装置の開度を低圧側流量調整装置の開度よりも小さくしてレシーバ内の冷媒を前記冷媒回路に戻すようにしてもよい。

すなわち、最適冷媒量が少ない運転条件のときは、高圧側配管に介装された流量調整装置の開度を前記低圧側連結管に介装された流量調整装置の開度よりも大きくするだけでレシーバ内に冷媒が溜まり、その分循環冷媒量が減少してその運転条件に応じた最適冷媒量とすることができる。

一方、最適冷媒量が多い運転条件のときは、高圧側連結管に介装された流量調整装置の開度を低圧側連結管に介装された流量調整装置の開度よりも小さくすることでレシーバ内の冷媒を前記冷媒回路に戻すことができ、その分循環冷媒量が増加してその運転条件に応じた最適冷媒量とすることができる。

以上のとおり、本発明の空気調和機は、絞り装置に対して並列接続された冷媒量調整部において、レシーバに接続された、高圧側連結管及び低圧側連結管にそれぞれ介装された流量調整装置のうち、少なくとも一方が全閉しない構造の流量調整装置であるため、停電等で空気調和機へ電源の供給が途絶えることにより急に空気調和機の運転が停止してもレシーバから冷媒を冷媒回路に戻すことが可能である。

本発明の空気調和機の冷媒回路を示す図 冷媒調整部の別の態様を示す模式図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る空気調和機の実施形態を示す冷媒回路図である。図示のごとく、本実施形態の空気調和機は、１台の室外機１に１台の室内機２が接続されたシングル型空気調和機であり、室外機１に収容される圧縮機３、室外熱交換器４及び絞り装置５をこの順に冷媒配管で直列に接続し、さらに絞り装置５から二方弁６を介して、室内機２に収容される室内熱交換器７を配管接続し、室内熱交換器７から三方弁８を介して、再び室外の圧縮機３に配管接続して冷媒回路を構成している。

圧縮機３は、切換弁である四方弁９を介して冷媒回路に接続されており、四方弁９を切り換えることにより、室外熱交換器４側、又は、室内熱交換器７側のいずれの方向へも圧縮した冷媒を送出可能な構成とされている。この四方弁９の切り換えにより、室外熱交換器４と室内熱交換器７とが、凝縮器又は蒸発器として使用される。

具体的に、図１では、圧縮機３から吐出される高温の冷媒が、図示する実線矢印方向に流通され、凝縮器としての室外熱交換器４、絞り装置５を経て蒸発器としての室内熱交換器７に流入されることによって冷房運転が実現される。また、圧縮機３から吐出される冷媒が、図示する破線矢印方向に流通され、凝縮器としての室内熱交換器７、絞り装置５を経て蒸発器としての室外熱交換器４に流入されることによって暖房運転が実現される。

本発明では、冷媒回路を流れる冷媒の量を調整する冷媒量調整部１０が絞り装置５と並列に接続されている。冷媒量調整部１０は、絞り装置５前後の配管１１、１２に流れる冷媒の圧力を利用して冷媒を溜めるレシーバ１３と、レシーバ１３と配管１１とを連結する第一連結管１４及びレシーバ１３と配管１２とを連結する第二連結管１５と、第一連結管１４に介装される第一流量調整装置１６と、第二連結管１５に介装される第二流量調整装置１７とを備えている。

冷媒回路において、絞り装置５の冷媒の流れ方向上流側は高圧となり、絞り装置５の冷媒の流れ方向下流側は低圧となる。すなわち、冷房運転時には、配管１１が高圧側配管で配管１２が低圧側配管に、第一連結管１４が高圧側連結管で第二連結管１５が低圧側連結管に、第一流量調整装置１６が高圧側流量調整装置で第二流量調整装置１７が低圧側流量調整装置になる。一方、暖房運転時は、配管１２が高圧側配管で配管１１が低圧側配管に、第二連結管１５が高圧側連結管で第一連結管１４が低圧側連結管に、第二流量調整装置１７が高圧側流量調整装置で第一流量調整装置１６が低圧側流量調整装置になる。

空気調和機の室内機２には、制御装置１８が内蔵される。制御装置１８は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたマイコンから構成され、リモコンや本体の操作スイッチの操作信号、室内温度センサや室外温度センサの検出信号等の入力によって、圧縮機３の回転数、絞り装置５の開度、第一流量調整装置１６の開度及び第二流量調整装置１７の開度等を制御する。

本実施形態の空気調和機は、暖房定格運転時よりも冷房定格運転時の方が、最適冷媒量が多くなる構成とされている。レシーバ１３の内容積は、冷房定格運転における最適冷媒量と、暖房定格運転における最適冷媒量との容積差と同じ容積に設定されている。なお、空気調和機がクーラーのように単一運転モードを実行するタイプの場合は、圧縮機３の最小回転数における最適冷媒量と、圧縮機３の最大回転数における最適回転数における最適冷媒量との容積差を基準に設定することができる。

絞り装置５は、冷媒の流量を調整する装置であり、本実施形態では膨張弁が用いられているが、これに限らず複数のキャピラリチューブを並べて、流路を切り替えるようにしてもよい。また、第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７は、開閉することによって第一連結管１４及び第二連結管１５における冷媒の流れを制御する。

すなわち、第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７は、レシーバ１３内の冷媒の圧力を調整するものであり、膨張弁、流量調整弁、ストップ弁などを用いる。本実施形態では、第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７として、同型のニードルバルブを用い、全開位置を基準としてステッピングモータによって開度を正確に制御する構成とされる。

第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７のうち、少なくとも一方は全閉しない構造の流量調整装置とする。具体的には、弁体が全閉位置の手前で物理的にストップして弁体と弁座との間に隙間を確保する構造のものや、弁体自身に切込み等を設けることで全閉位置において冷媒の流通を確保する構造のものを用いることができる。

本実施形態では、少なくとも第一流量調整装置１６が全閉しない構造の流量調整装置とされる。すなわち、暖房定格運転時よりも冷房定格運転時の方が、最適冷媒量が多くなるように設定されるため、暖房運転モードにおいてレシーバ１３内は冷媒で満たされる。この状態で、急に停電等によって空気調和機へ電源の供給が途絶えることにより空気調和機が停止しても低圧側流量調整装置となる第一流量調整装置１６を全閉しない構造の流量調整装置とすることで、冷媒の圧力差によってレシーバ１３内の冷媒をスムーズに冷媒回路に戻すことができる。なお、第二流量調整装置１７も全閉しない構造の流量調整装置としてもよいことはもちろんである。

上記構成の空気調和機においてはレシーバ１３内に冷媒を密封することができないことから、圧縮機３の駆動時には第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７の開度を調整することでレシーバ１３内の冷媒量を調整することが必要とされる。

具体的に、暖房運転モードを実行するときは、配管１２が高圧側配管となり、第二連結管１５が高圧側連結管に、第二流量調整装置１７が高圧側流量調整装置となる。そして、配管１１が低圧側配管となり、第一連結管１４が低圧側連結管に、第一流量調整装置１６が低圧側流量調整装置となる。

このとき、高圧側流量調整装置である第二流量調整装置１７の開度を、低圧側流量調整装置である第一流量調整装置１６の開度よりも大きくすることで、レシーバ１３内を冷媒で満たす方向となるため、暖房定格運転時における最適冷媒量とすることができる。

一方、冷房運転モードを実行するときは、配管１１が高圧側配管となり、第一連結管１４が高圧側連結管に、第一流量調整装置１６が高圧側流量調整装置となる。そして、配管１２が低圧側配管となり、第二連結管１５が低圧側連結管に、第二流量調整装置１７が低圧側流量調整装置となる。

このとき、高圧側流量調整装置である第一流量調整装置１６の開度を低圧側流量調整装置である第二流量調整装置１７の開度よりも小さくする。これにより、レシーバ１３内の冷媒を冷媒回路に戻すことができ、その分、循環冷媒量が増加して冷房定格運転における最適冷媒量とすることができる。

いったん設定した第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７の開度は、同一運転モード実行中はそのまま維持され、運転停止時に制御装置１８は両方の流量調整装置１６，１７の開度を全開にしてレシーバ１３内の冷媒を速やかに冷媒回路に戻す。同一運転モードにて運転中にサーモオフ制御により圧縮機３が停止したときは、第一流量調整装置１６及び第二流量調整装置１７の開度はそのまま維持すればよい。

なお、冷房運転及び暖房運転とも圧縮機の回転数が定格運転時の回転数以外の回転数となったときには最適冷媒量も変化するが、その変化量は一般的に冷暖房運転モードの切替時における最適冷媒量の容積差よりも小さい。したがって、本実施形態のように冷房運転と暖房運転の運転モード切替時に２段階で最適冷媒量を調整しても効率よく運転を行うことが可能となる。もちろん、同一モード実行中に、圧縮機の回転数などに応じて、レシーバ１３内に溜める冷媒量を調整するようにしてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加えることができる。具体的に、上記実施形態では第一連結管１４及び第二連結管１５の一端側はそれぞれ冷媒回路の配管１１及び１２に接続され、他端側はそれぞれ個々にレシーバ１３に接続されているが、これに限らず、たとえば、図２に示すように、第一連結管１４及び第二連結管１５の他端側を集合させた後に、一本の連結管としてレシーバ１３に接続することも可能である。

１ 室外機
２ 室内機
３ 圧縮機
４ 室外熱交換器
５ 絞り装置
６ 二方弁
７ 室内熱交換器
８ 三方弁
９ 四方弁
１０ 冷媒量調整部
１１ 配管
１２ 配管
１３ レシーバ
１４ 第一連結管
１５ 第二連結管
１６ 第一流量調整装置
１７ 第二流量調整装置
１８ 制御装置

Claims (5)

1. 圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器が配管により順次接続されて冷媒が流れる冷媒回路が構成され、前記冷媒回路を流れる冷媒の量を調整する冷媒量調整部が前記絞り装置と並列に設けられ、前記冷媒量調整部は、前記絞り装置前後の高圧側配管から低圧側配管に流れる冷媒の圧力を利用して冷媒を溜めるレシーバと、前記レシーバと前記高圧側配管とを連結する高圧側連結管及び前記レシーバと前記低圧側配管とを連結する低圧側連結管と、前記高圧側連結管及び低圧側連結管にそれぞれ介装された、冷媒の流量を調整する高圧側流量調整装置及び低圧側流量調整装置とを備えた空気調和機であって、前記高圧側流量調整装置及び低圧側流量調整装置のうち、少なくとも一方が全閉しない構造の流量調整装置であることを特徴とする空気調和機。
2. 前記全閉しない構造の流量調整装置は、低圧側流量調整装置である請求項１に記載の空気調和機。
3. 冷暖房運転可能に構成され、前記全閉しない構造の流量調整装置は、冷房運転及び暖房運転のうち、最適冷媒量が少ない方の運転を実行したときの低圧側流量調整装置である請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記レシーバの内容積は、運転条件によって変動し得る最適冷媒量の最大量と最小量の容積差を基準として設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。
5. 前記高圧側流量調整装置及び低圧側流量調整装置の開度を制御する制御装置が設けられ、前記制御装置は、最適冷媒量が少ない空調運転を実行するときに、高圧側流量調整装置の開度を低圧側流量調整装置の開度よりも大きくして前記レシーバ内に冷媒を溜めるようにし、最適冷媒量が多い空調運転を実行するときに、高圧側流量調整装置の開度を低圧側流量調整装置の開度よりも小さくして前記レシーバ内の冷媒を前記冷媒回路に戻すようにした請求項４に記載の空気調和機。

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