JP2016102631A - 空気調和装置 - Google Patents

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吉田 健二
Kenji Yoshida
健二 吉田
岸野 正裕
Masahiro Kishino
正裕 岸野
高橋 悠
Yu Takahashi
悠 高橋
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【課題】液冷媒を溜めてもオーバーフローすることのないアキュムレータを備えた空気調和装置を提供する。
【解決手段】アキュムレータ17を備え、受液器を設置しない空気調和装置において、前記アキュムレータ17は、アキュムレータ本体61と、前記アキュムレータ本体61内に設けられる流入管62と、前記アキュムレータ本体61内に設けられる流出管63とを備え、前記流出管63は、上部に細孔100を備えた。
【選択図】図2

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に、受液器を設けない空気調和装置に関する。
一般に、複数台の室内ユニットを並列に配置するとともに、各室内ユニットにつながるユニット間配管に対し、圧縮機、室外熱交換器などを内蔵する複数台の室外ユニットを並列に接続したマルチ形の空気調和装置が多く用いられている。
このような空気調和装置として、従来、例えば、複数台の室外ユニットを備え、他方の室外ユニットに収納される受液器の容量を一方の室外ユニットに収納される受液器の容量よりも小さくするか、もしくは一方の室外ユニットにのみ受液器を配置するようにした技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特許第2983782号公報
しかしながら、近年、製造コストの低減、装置の小型化を図るため、受液器を設置しない室外ユニットが開発されている。このように受液器を設置しない場合、アキュムレータに液冷媒を溜めることで冷媒回路内の冷媒量を調整している。
この場合、アキュムレータに溜まった液冷媒の液面が検出できないため、アキュムレータに冷媒液がどの程度溜まっているかが判断できない。そのため、アキュムレータから液冷媒がオーバーフローするおそれがあった。
このようにアキュムレータから液冷媒がオーバーフローして圧縮機に流入した場合、圧縮機の耐久性を大きく損なうおそれがあるという問題を有している。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、液冷媒を溜めてもオーバーフローすることのないアキュムレータを備えた空気調和装置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、本発明は、アキュムレータを備え、受液器を設置しない空気調和装置において、前記アキュムレータは、アキュムレータ本体と、前記アキュムレータ本体内に設けられる流入管と、前記アキュムレータ本体内に設けられる流出管とを備え、前記流出管は、上部に細孔を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記アキュムレータ本体は、前記受液器よりも大きい容積を備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記細孔は、前記流出管の開口の径より小さく形成され、前記流出管の開口から流出する液冷媒より少ない量の液冷媒を流出させることを特徴とする。
また、本発明は、前記細孔は、前記流出管の前記アキュムレータ本体の内部における長さ寸法の下方から略66%の長さに対応する位置に形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、圧縮機の吐出温度を検出し、前記圧縮機の吐出温度の変化から前記細孔から液冷媒が流出したことを判断する制御装置を備えていることを特徴とする。
また、本発明は、前記制御装置は、前記細孔から液冷媒が流出したことを判断した場合に、液溜まり防止制御を行うことを特徴とする。
また、本発明は、前記アキュムレータ本体は、縦長の中空筒状に形成されており、前記流出管は、鉛直方向に延在する略直線状に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、アキュムレータ本体内に設けられる流出管の上部に細孔を設けたため、液冷媒を溜めてもオーバーフローすることのないアキュムレータを備えた空気調和装置を提供できる。
本発明に係る空気調和装置の実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。 アキュムレータの模式図である。 液たまり防止制御をした場合のアキュムレータの液溜まり量と時間との関係を示した図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る空気調和装置1の実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。
空気調和装置1は、室外ユニット2と、複数の室内ユニット4とを備えている。各室内ユニット4には、室内熱交換器6および室内用電子制御弁7がそれぞれ設置されている。
室外ユニット2は、第1圧縮機10および第2圧縮機11を備えている。本実施形態においては、第1圧縮機10は、定格出力の圧縮機とされており、第2圧縮機11は、出力を可変することのできるインバータ式の圧縮機とされている。第1圧縮機10の駆動または停止、第2圧縮機11の出力調整を行うことにより、システム全体の出力を細かく制御することができるように構成されている。
第1圧縮機10および第2圧縮機11の吐出側には、冷媒配管12を介してオイルセパレータ13が接続されている。第1圧縮機10および第2圧縮機11とオイルセパレータ13との間の冷媒配管12は、合流して1本の冷媒配管12となってオイルセパレータ13に接続される。
また、オイルセパレータ13には、四方弁14を介して室外熱交換器15が冷媒配管12により接続されている。室外熱交換器15は、過冷却熱交換器16が冷媒配管12により接続されている。過冷却熱交換器16には、室内用電子制御弁7を介して室内熱交換器6が接続されるように構成されている。室内熱交換器6には四方弁14を介してアキュムレータ17が冷媒配管12により接続されており、アキュムレータ17には、第1圧縮機10および第2圧縮機11が冷媒配管12により接続されている。
室外熱交換器15には、2系統の管路が形成されており、四方弁14側の冷媒配管12および過冷却熱交換器16側の冷媒配管12は、それぞれ分岐して室外熱交換器15に接続されるように構成されている。また、室外熱交換器15の過冷却熱交換器16側の各冷媒配管12には、それぞれ室外用電子制御弁18,18が接続されている。
過冷却熱交換器16は、2つの熱交換ユニット20,20を備えており、室外熱交換器15側の冷媒配管12および室内熱交換器6側の冷媒配管12は、それぞれ分岐して過冷却熱交換器16の各熱交換ユニット20に接続されるように構成されている。各熱交換ユニット20は、本実施形態においては、二重管式の熱交換器とされており、熱交換ユニット20の外側の配管には、室外熱交換器15側の冷媒配管12および室内熱交換器6側の冷媒配管12がそれぞれ接続されるように構成されている。
過冷却熱交換器16と室内熱交換器6とを接続する冷媒配管12の中途部には、過冷却用分岐配管21が接続されており、この過冷却用分岐配管21は、途中、過冷却用電子制御弁22を介して、各熱交換ユニット20の内側配管23に接続されている。熱交換ユニット20の内側配管23を流れた冷媒は、過冷却冷媒配管24を介して四方弁14とアキュムレータ17との間の冷媒配管12に戻されるように構成されている。
また、第1圧縮機10および第2圧縮機11とオイルセパレータ13との間の冷媒配管12の中途部には、分岐して第1圧縮機10および第2圧縮機11とアキュムレータ17との間の冷媒配管12に接続される冷媒戻し配管25が設けられている。冷媒戻し配管25の中途部には、冷媒戻し用電磁弁26が接続されている。そして、冷媒戻し用電磁弁26を開くと、冷媒の一部は、冷凍サイクルを循環せずに第1圧縮機10および第2圧縮機11の吸い込み側に導かれる。
また、オイルセパレータ13の下部には、オイル配管27が接続されており、オイル配管27の中途部には、冷媒戻し配管25に接続されるオイル戻し配管28が接続されている。オイル戻し配管28は、オイル配管27から分岐する2つの分岐管29,30を備えており、一方の分岐管29には、オイル戻し用電磁弁31が設けられるとともに、他方の分岐管30には、キャピラリチューブ32が設けられている。また、オイル配管27の各分岐管29,30の接続部分の間には、キャピラリチューブ32が設けられている。
オイルセパレータ13と四方弁14との間の冷媒配管12の中途部には、途中分岐してオイル配管27の中途部に接続される高圧冷媒配管33が接続されている。高圧冷媒配管33の中途部には、高圧冷媒配管33の冷媒圧力を検出する高圧センサ34および高圧冷媒用電磁弁35が設けられている。
また、第1圧縮機10には、第2圧縮機11の吸い込み管に接続されるオーバーフロー管44が接続されており、第1圧縮機10のオイルが所定量を超えた場合に、余剰オイルを第2圧縮機11に送ることができるように構成されている。このオーバーフロー管44には、ストレーナ45と、油を減圧するための絞り46が組み込まれている。
また、第2圧縮機11には、第1圧縮機10の吸い込み管に接続されるオーバーフロー管47が接続されており、第2圧縮機11のオイルが所定量を超えた場合に、余剰オイルを第1圧縮機10に送ることができるように構成されている。このオーバーフロー管47には、ストレーナ48と、油を減圧するための絞り49が組み込まれている。
また、空気調和装置1は、制御装置50を備えている。この制御装置50は、リモートコントローラ(不図示)を介して入力したユーザ指示等に応じて空気調和装置1全体の運転制御を行う。具体的には、制御装置50は、ユーザにより指示された動作を実現するため、自ユニットが備える圧力センサ、温度センサにより検出された圧力および温度に基づき、第1圧縮機10、第2圧縮機11の発停や運転周波数を制御したり、各種弁を開閉・切換する制御をしたりする。
冷房運転時には、制御装置50は、四方弁14を実線状態に切り替える。
第1圧縮機10、第2圧縮機11からの冷媒は、オイルセパレータ13、逆止弁19、及び四方弁14を経た後、実線矢印で示すように、室外熱交換器15に向かう。さらに冷媒は、室外熱交換器15、室外用電子制御弁18、過冷却熱交換器16を経た後、冷媒配管12を介して室内ユニット4に入る。室内ユニット4に入った冷媒は、室内ユニット4の室内用電子制御弁7、及び室内熱交換器6を経由し、冷媒配管12を介して室外ユニット2に戻される。室外ユニット2に戻された冷媒は、四方弁14、及びアキュムレータ17を経て、第1圧縮機10、第2圧縮機11に戻される。
暖房運転時には、制御装置50は、四方弁14を破線状態に切り替える。
第1圧縮機10、第2圧縮機11からの冷媒は、オイルセパレータ13、逆止弁19、及び四方弁14を経た後、破線矢印で示すように、冷媒配管12を介して室内ユニット4に入り、室内ユニット4の室内熱交換器6、及び室内用電子制御弁7を経由する。さらに、冷媒は、冷媒配管12を介して、室外ユニット2に入る。室外ユニット2に入った冷媒は、室外用電子制御弁18、室外熱交換器15、四方弁14、及びアキュムレータ17を経て、第1圧縮機10、第2圧縮機11に戻される。
ここで、本実施の形態においては、室外熱交換器15と室内熱交換器6との間の冷媒配管12に、液冷媒を一時的に貯留するための受液器(レシーバタンク)が設けられていない。従来、空気調和装置には受液器が設けられることが一般的であるが、受液器を設けない場合には、受液器にかわり液冷媒を一時的に貯蓄することのできるタンクが必要となる。
本実施の形態では、アキュムレータ17は、液冷媒を一時的に貯留するための受液器(レシーバタンク)としての機能も備えている。もっとも、アキュムレータ17に液戻りした液冷媒が溜まりすぎ、液冷媒がオーバーフローしてしまうと、第1圧縮機10、第2圧縮機11に多量の液冷媒が混入し、第1圧縮機10、第2圧縮機11の耐久性に悪影響を及ぼすおそれがある。これを回避するためのアキュムレータ17の構成について、以下、説明する。
図2は、アキュムレータ17の構成を示す図であり、(A)は正面図を示し、(B)は側面図を示している。アキュムレータ17は、アキュムレータ本体61と、冷媒配管12の冷媒を流入させる流入管62と、アキュムレータ17の内部のガス冷媒を第1圧縮機10および第2圧縮機11に送る流出管63と、オイル戻し回路64とを備えている。
アキュムレータ本体61は、縦長の中空円筒状に形成されている。本実施形態では、このアキュムレータ本体61は、余剰冷媒を貯留可能とするため、従来、空気調和装置に備えられていた受液器の略3倍の容積を備えている。
アキュムレータ本体61の内部には、流入管62と流出管63とが設けられている。
流入管62及び流出管63は、冷媒管であり、冷媒配管12の一部を構成する。流入管62及び流出管63の主要部は、アキュムレータ本体61内に配置され、それぞれの上部開口は、アキュムレータ本体61の内部における上部空間68に配置されている。
流入管62は、上部空間68に開口する上部開口162から下方に向かって鉛直方向に略直線状に延び、アキュムレータ本体61の高さ方向の中間部付近で横方向に曲折されてアキュムレータ本体61の側面を貫通して外部に延在するように構成されている。流出管63は、上部空間68に開口する上部開口163から下方に向かって鉛直方向に略直線状に延び、アキュムレータ本体61の底面を貫通して外部に延在するように構成されている。
オイル戻し回路64は、アキュムレータ本体61から延出された流出管63の部位とアキュムレータ本体61の底部との間に設けられている。
オイル戻し回路64は、オイル戻し管65と、オイル戻しバルブ66と、を備えている。
オイル戻し管65の一端は、アキュムレータ本体61の底面に接続されるとともに、オイル戻し管65の他端は、アキュムレータ本体61の外部に延出された流出管63の中途部に接続されている。オイル戻し管65の中途部には、オイル戻しバルブおよびストレーナ165が設けられており、オイル戻しバルブを開いてオイル戻し管65の流路を開放することにより、アキュムレータ本体61の下部に溜められたオイルが、第1圧縮機10、第2圧縮機11から延出された冷媒配管を介して第1圧縮機10、第2圧縮機11に供給される。なお、オイル戻し管65は、第1圧縮機10、第2圧縮機11に戻すオイルは少量でよく、オイル戻し管65は、冷媒配管の口径に比べて小さい口径のものを用いている。
また、本実施形態においては、流出管63のアキュムレータ本体61の内部における長さ寸法の下方から略66%の長さに対応する位置には、液流出孔100(細孔)が形成されている。この液流出孔100は、流出管63の周面に形成された円状の孔である。例えば、流出管63の開口の直径が略25.4mmで構成されている場合、液流出孔100の孔径は直径略3mmで形成され、流出管63の径に対して小さい径に形成されている。
このように液流出孔100の孔径を小さくすることで、液流出孔100から流出管63内に流れ込む液冷媒を少量に抑え、液冷媒がアキュムレータ17から流出した場合でも、第1圧縮機10、第2圧縮機11の耐久性の低下に影響を与えないように考慮されている。そして、最小限の大きさの孔径を保つことで液流出孔100から一定量の液冷媒を流出させ、アキュムレータ本体61内の冷媒液の液面の急上昇を抑えるとともに、後述のように、アキュムレータ本体61内に所定量の液冷媒が溜まり始めていることを迅速に検知できるため、液溜まり防止制御を迅速に行うことができる。
なお、本実施の形態では、液流出孔100を、円状に構成したが、必ずしも円状に限られるものではなく、例えば、楕円、四角など、他の形状であってもよい。
つぎに、アキュムレータ本体61内に液冷媒が流入した場合の作用について説明する。
アキュムレータ本体61内に液冷媒が流入すると、アキュムレータ本体61内に液冷媒が貯留される。この貯留された液冷媒の液面が流出管63の下方から略66%の高さに設けられた液流出孔100の高さに到達すると、液流出孔100から液冷媒が流出管63内に流出する。そして、液流出孔100から流出管63内に流出しきれない液冷媒は、アキュムレータ本体61内に溜まり、液面が液流出孔100の高さよりも徐々に上昇する。
流出管63の上部開口163は、直径略25.4mmと大きく形成されていることから、仮に、液冷媒の液面が流出管63の上部開口163の高さまで溜まった場合には、液冷媒がオーバーフローして、流出管63に大量の液冷媒が流れ込む。他方で、液流出孔100は孔径略3mmと小さく形成されているので、液流出孔100の高さまで液冷媒が溜まった場合でも、液流出孔100から流出管63内に流れ込む冷媒液は少量である。
本実施形態においては、液流出孔100を設けることで、液流出孔100の高さ位置まで液冷媒が溜まり、液流出孔100から流出する少量の液冷媒を検出することで、アキュムレータ本体61の内部に液流出孔100の高さ位置まで液冷媒が溜まったことを検出することができる。
この液流出孔100から液冷媒が流出したことを検出する手段としては、例えば、第1圧縮機10、第2圧縮機11の冷媒吐出側に設けられた冷媒吐出温度センサ80により、冷媒の吐出温度を検出することにより行う。すなわち、液流出孔100から液冷媒が流出し、第1圧縮機10、第2圧縮機11に流入すると、各圧縮機による圧縮効率が低下することから、吐出される冷媒温度は低下する。そのため、制御装置50により、この第1圧縮機10、第2圧縮機11からの吐出冷媒温度を検出することにより、第1圧縮機10、第2圧縮機11の内部に液冷媒が流入したことを判断することができる。
そして、液冷媒が液流出孔100から流出したことを検出した場合には、流出管63の上部開口163から大量の液冷媒がオーバーフローすることを防止するため、制御装置50は、液溜まり防止制御を行う。この場合、液流出孔100から流出管63に流れ込む液冷媒を少量に抑えられることで、第1圧縮機10、第2圧縮機11の耐久性の低下に影響を与えない。
なお、液流出孔100の孔径を略3mmと構成し、少量ではあるが、ある程度の量の液冷媒が流出管63に流れ込む構成としており、比較的短時間に液冷媒が第1圧縮機10、第2圧縮機11まで達するため、制御装置50は、液流出孔100から流出管63に液冷媒が流入していることを比較的短時間に判断でき、制御装置50により、液溜まり防止制御を迅速に行うことができる。
以下、液流出孔100の孔径が略3mmであることを前提にした場合、液流出孔100の高さ位置を、流出管63の全長さ寸法に対して下方から略66%の高さに設けることが最適であることについて説明する。
図3は、液溜まり防止制御をした場合のアキュムレータ17への液溜まり量と時間との関係を示した図である。
図3に示すように、本実施の形態では、流出管63の上部開口163から大量の冷媒液が流出することを防止するために、流出管63の80%の高さ位置を液冷媒が溜まる設計限界としており、この設計限界よりもアキュムレータ本体61内において液冷媒の液面が上昇しないようにされている。
液流出孔100の高さ位置まで液冷媒の液面が上昇した時点で、液溜まり防止制御が行われると、流出管63の略70%の高さ位置から75%の高さ位置の間で液面が安定し、液面の上昇が止まる。この場合、設計限界となる流出管63の80%の高さ位置まで略5%強の安全率を見て液面を安定させることができる。
また、流出管63の略66%の高さから100%の高さまで液面が上昇するために要する時間は略3分である。
そのため、仮に液流出孔100の高さ位置を流出管63の略66%の高さよりも高くした場合には、液流出孔100から冷媒液が少量流出したことを検出後、すぐに液溜まり防止制御を行ったとしても、流出管63の略80%の高さに設定される設計限界を短時間で超えてしまうおそれがあり、液冷媒が上部開口163から流出管63にオーバーフローするおそれも高まる。
他方で、液流出孔100の高さ位置を流出管63の略66%の高さよりも低くした場合には、アキュムレータ本体61内に冷媒液を溜めることのできる容積が低下するという不都合が生じる。
発明者らは、これらの調和点として、液流出孔100の高さ位置を、流出管63の略66%の高さに設けることが最適であることを見出した。なお、これらの調和点としての液流出孔100の高さ位置は、空気調和装置1の構成や、液冷媒の量などにあわせて、適宜に変更が可能である。
本実施の形態では、液流出孔100の高さ位置を、流出管63の略66%の高さに設けることで、液冷媒が流出管の上部開口163から流出管63にオーバーフローするおそれがない。また、アキュムレータ17が、従来、空気調和装置に備えられていた受液器の略3倍の容積を備えていることから、液流出孔100の高さ位置を、流出管63の略66%の高さに設けていれば、十分な受液が可能である。
以上説明したように、本実施の形態によれば、アキュムレータ本体61内に設けられる流出管の上部に液流出孔100を備えている。
液流出孔100は、孔径略3mmと小さいため、液流出孔100から流出管63内に流れ込む液冷媒を少量に抑え第1圧縮機10、第2圧縮機11の耐久性低下に影響を与えず、かつ、最小限の大きさの孔径を保つことで液流出孔100から一定量の液冷媒を流出させ、アキュムレータ本体61内の冷媒液の液面の急上昇を抑えることができる。
また、液流出孔100の高さ位置を流出管63の略66%の高さ位置に設けたため、液冷媒が上部開口163から流出管63にオーバーフローするおそれがなく、かつ、アキュムレータ本体61内に冷媒液を十分に溜めることのできるアキュムレータを提供できる。
また、本実施の形態によれば、アキュムレータ本体61内の液流出孔100の高さ位置まで液冷媒が溜まったときに液流出孔100に液冷媒が流入し、液流出孔100へ液冷媒が流入したことは、第1圧縮機10、第2圧縮機11の吐出温度で判断する。
そのため、液流出孔100へ液冷媒が流入したことを判断するための装置を別途用いる必要がなく、部品点数を減らせるとともに、製造コストを軽減できる。
また、本実施の形態によれば、アキュムレータ本体61は、縦長の中空円筒状に形成されており、アキュムレータ本体61に設けられる流出管63は、鉛直方向に略直線状に構成されている。
この構成によれば、流出管63が例えばU字の構成をしていないため、流出管63の幅を押さえることができ、流出管63を収容するアキュムレータ本体61の幅方向を小型化できる。このように幅方向を小型し、縦長の中空体に構成されたアキュムレータ本体61内に鉛直方向に略直線状に構成される流出管63であれば、例えばU字の構成や斜めの構成を持つ流出管と比べ、液流出孔100の高さ位置を把握しやすく、製造工程を容易にできる。
以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。あくまでも本発明の一実施の態様を例示するものであるから、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更、及び応用が可能である。
1 空気調和装置
2 室外ユニット
4 室内ユニット
6 室内熱交換器
10 第1圧縮機
11 第2圧縮機
12 冷媒配管
14 四方弁
15 室外熱交換器
17 アキュムレータ
50 制御装置
61 アキュムレータ本体
62 流入管
63 流出管
64 オイル戻し回路
65 オイル戻し管
66 オイル戻しバルブ
100 液流出孔
163 上部開口

Claims (7)

  1. アキュムレータを備え、受液器を設置しない空気調和装置において、
    前記アキュムレータは、アキュムレータ本体と、前記アキュムレータ本体内に設けられる流入管と、前記アキュムレータ本体内に設けられる流出管とを備え、
    前記流出管は、上部に細孔を備えたことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記アキュムレータ本体は、前記受液器よりも大きい容積を備えることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記細孔は、前記流出管の開口の径より小さく形成され、前記流出管の開口から流出する液冷媒より少ない量の液冷媒を流出させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記細孔は、前記流出管の前記アキュムレータ本体の内部における長さ寸法の下方から略66%の長さに対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の空気調和装置。
  5. 圧縮機の吐出温度を検出し、前記圧縮機の吐出温度の変化から前記細孔から液冷媒が流出したことを判断する制御装置を備えていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の空気調和装置。
  6. 前記制御装置は、前記細孔から液冷媒が流出したことを判断した場合に、液溜まり防止制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の空気調和装置。
  7. 前記アキュムレータ本体は、縦長の中空筒状に形成されており、
    前記流出管は、鉛直方向に延在する略直線状に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の空気調和装置。
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