JP2017062083A - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性が高く、かつ、インジェクション流量の調整機能を有したリキッドインジェクション回路を備える空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置1は、複数の圧縮機2、3、4と、四方弁8と、室外熱交換器11と、電子膨張弁12と、室内熱交換器26と、冷媒配管28から複数の圧縮機2、3、4へ液冷媒を導入するリキッドインジェクション回路17と、を備えている。リキッドインジェクション回路17は、室外熱交換器11と室内熱交換器26との間に接続される一次バイパス配管51と、一次バイパス配管51から分岐してそれぞれの圧縮機2、3、4に接続される二次バイパス配管52と、一次開閉弁53と、一次開閉弁53に並列に接続される一次キャピラリ54と、二次バイパス配管52に設けられる複数の二次開閉弁58a、58b、58cと、二次開閉弁に直列に接続される複数の二次キャピラリ59a、59b、59cと、を備えている。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、空気調和装置に関する。
熱源側熱交換器と膨張装置との間の冷媒配管から分岐されて過冷却熱交換器を通過後、圧縮機の中間圧力部に接続されるインジェクション回路を備える空気調和装置が知られている。
特開2011−179783号公報
地球環境保全の観点からR410Aの代替冷媒としてR32が普及し始めている。R32を使用する場合、比熱比の関係からR410Aを使用する場合に比べて圧縮機の吐出温度が10℃から30℃程度、上昇してしまう。
そこで、圧縮機の吐出温度を抑制するために、空気調和装置にリキッドインジェクション回路が適用される。
ところで、空気調和装置にリキッドインジェクション回路を適用する場合には、冷房運転と暖房運転との切り替えや、外気温の変化や、室内負荷などで変動する運転条件によって、圧縮機の冷却に必要な液冷媒の量が変化する。圧縮機へ導入する液冷媒の量は、例えば電子膨張弁を開度調整することで可能ではあるが、例えばビル用空気調和装置のように構成が複雑で大規模な空気調和装置では、電子膨張弁の開度調整のための制御が複雑化する。
また、リキッドインジェクション回路は、圧縮機のシリンダへ直接的に液冷媒を流入させるので、例えば電子膨張弁の故障により制御不能に陥った場合、圧縮機へ液冷媒が過多に流れ込み圧縮機の損傷を招きかねない。
そこで、本発明は、信頼性が高く、かつ、インジェクション流量の調整機能を有したリキッドインジェクション回路を備える空気調和装置を提供することを目的とする。
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る空気調和装置は、複数の圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、電子膨張弁と、室内熱交換器と、前記複数の圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記電子膨張弁、前記室内熱交換器を接続して充填冷媒100重量部に対してR32を40重量部以上含む前記充填冷媒を流通させる冷媒配管と、前記冷媒配管から前記複数の圧縮機へ液冷媒を導入するリキッドインジェクション回路と、を備え、前記リキッドインジェクション回路は、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に接続される一次バイパス配管と、前記一次バイパス配管から分岐してそれぞれの前記圧縮機に接続される二次バイパス配管と、前記一次バイパス配管に設けられる一次開閉弁と、前記一次バイパス配管に設けられて、前記一次開閉弁に並列に接続される一次キャピラリと、前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられる複数の二次開閉弁と、前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられて、前記二次開閉弁のそれぞれに直列に接続される複数の二次キャピラリと、を備えている。
本発明の実施形態に係る空気調和装置のブロック図。 本発明の実施形態に係る空気調和装置の他の例を示すブロック図。
本発明に係る空気調和装置の実施形態について図1および図2を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る空気調和装置のブロック図である。
図1に示すように、本実施形態に係る空気調和装置1は、複数、例えば3つの圧縮機2、3、4を有する室外機5と、複数の室内機6、6、…と、を備えている。なお、複数の室内機6、6、…は、いずれも同様の構成を有しているので、以下では、代表的な1つの室内機6について説明する。
また、空気調和装置1は、室外機5と室内機6との間で充填冷媒100重量部に対してR32を40重量部以上含む充填冷媒を循環させる。換言すると、空気調和装置1には、充填冷媒としてR32を40重量パーセント以上含む冷媒、例えばR410Aや、R32が充填されている。
室外機5は、複数の圧縮機2、3、4と、四方弁8と、室外熱交換器11と、電子膨張弁12と、リキッドタンク13と、アキュムレータ15と、リキッドインジェクション回路17と、を備えている。また、室外機5は、室外ファン18を備えている。
さらに、室外機5は、それぞれの圧縮機2、3、4の運転周波数を制御する複数のインバータ21、22、23と、複数のインバータ21、22、23を制御する室外制御部24と、を備えている。
室内機6は、第二電子膨張弁25と、室内熱交換器26と、を備えている。また、室内機6は、室内ファン27を備えている。さらに、室内機6は、室内制御部(図示省略)を備えている。
また、空気調和装置1は、室外機5の圧縮機2、3、4、四方弁8、室外熱交換器11、電子膨張弁12、およびリキッドタンク13と、室内機6の第二電子膨張弁25、および室内熱交換器26と、を順次に接続する冷媒配管28を備えている。冷媒配管28は、室外機5と室内機6との間に設けられて冷媒を往来させる渡り配管25を含んでいる。室外機5には、渡り配管25を接続する液側配管接続部31と、ガス側配管接続部32とが設けられている。室内機6には、渡り配管25を接続する液側配管接続部33と、ガス側配管接続部34とが設けられている。配管接続部31、32、33、34は、例えばボールバルブである。
それぞれの圧縮機2、3、4は、室外機5内に設けられている。それぞれの圧縮機2、3、4は、それぞれのインバータ21、22、23の出力によって運転周波数を変更する。なお、空気調和装置1に3つ以上の圧縮機が設けられる場合には、圧縮機は、全てインバータによって運転周波数を変更できることが好ましい。この場合、空気調和装置1は、圧縮機と同数のインバータを備えることが好ましい。また、複数の圧縮機のうち、回転数が一定の一定速タイプの圧縮機を含んでいても良い。
それぞれの圧縮機2、3、4のケース内には、冷凍機油が収容されている。それぞれの圧縮機2、3、4の吐出口には、それぞれの吐出配管35a、35b、35cが接続されている。これら吐出配管35a、35b、35cは、高圧側冷媒配管36に接続され、合流している。高圧側冷媒配管36は、四方弁8に接続されている。
また、それぞれの圧縮機2、3、4の吸込口には、それぞれの吸込配管38a、38b、38cが接続されている。これら吸込配管38a、38b、38cは、低圧側冷媒配管39に接続され、合流している。低圧側冷媒配管39は、アキュムレータ15を介して四方弁8に接続されている。
なお、それぞれの圧縮機2、3、4について、冷媒の戻り流路に着目すると、低圧側冷媒配管39は、ガス冷媒を流通させる配管であって、アキュムレータ15を経て吸込配管分岐部41でそれぞれの吸込配管38a、38b、38cへ接続され、分岐している。吸込配管38a、38b、38cは、それぞれの圧縮機2、3、4のサクションマフラ45、46、47を介してそれぞれの圧縮機2、3、4の吸込口に接続されている。それぞれのサクションマフラ45、46、47は、ガス冷媒を分離して液冷媒をそれぞれの圧縮機2、3、4へ送り込む。
四方弁8は、室外制御部24に信号線(図示省略)を介して電気的に接続されている。空気調和装置1は、四方弁8によって冷媒の流れを切り替えることによって、冷房運転(図1中、実線矢印で示す冷媒の流れ)と暖房運転(図1中、破線矢印で示す冷媒の流れ)とを切り替える。
室外熱交換器11および室内熱交換器26は、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器である。
室外ファン18は、室外の空気と室外熱交換器11との熱交換を促進させる。室内ファン27は、室内の空気と室内熱交換器26との熱交換を促進させる。
室外機5の電子膨張弁12および室内機6の第二電子膨張弁25は、例えば、弁開度を調整可能なPMV(Pulse Motor Valve)である。なお、空気調和装置1は、室外機5の電子膨張弁12および室内機6の第二電子膨張弁25のいずれか一方を備えるものであっても良い。
アキュムレータ15は、ガス冷媒と液冷媒とを分離(気液分離)し、ガス冷媒をそれぞれの圧縮機2、3、4へ送る。
リキッドタンク13は、室外熱交換器11と室内熱交換器26との間、かつ室外機5の電子膨張弁12よりも室内熱交換器26側に設けられている。リキッドタンク13は、冷媒配管28の室外機5の電子膨張弁12と室内熱交換器26との間に配置されて、液冷媒を一時的に貯留する。
リキッドインジェクション回路17は、冷媒配管28から複数の圧縮機2、3、4へ液冷媒を導入する。リキッドインジェクション回路17は、室外熱交換器11と室内熱交換器26との間に接続される一次バイパス配管51と、一次バイパス配管51から分岐してそれぞれの圧縮機2、3、4に接続される二次バイパス配管52と、一次バイパス配管51に設けられる一次開閉弁53と、一次バイパス配管51に設けられて、一次開閉弁53に並列に接続される一次キャピラリ54と、二次バイパス配管52のそれぞれの分岐(二次バイパス分岐管56a、56b、56c)に設けられる複数の二次開閉弁58a、58b、58cと、二次バイパス配管52のそれぞれの分岐(二次バイパス分岐管56a、56b、56c)に設けられて、それぞれの二次開閉弁58a、58b、58cに直列に接続される複数の二次キャピラリ59a、59b、59cと、を備えている。
また、二次開閉弁58a、58b、58cと二次キャピラリ59a、59b、59cとの間にそれぞれ逆止弁60a、60b、60cを備えている。
一次バイパス配管51は、空気調和装置1の冷房運転、暖房運転に係わらず、冷媒配管28のうち常に液冷媒が流通している箇所に接続されていることが好ましい。
具体的には、一次バイパス配管51は、冷媒配管28のうち室外機5の電子膨張弁12と室内熱交換器26との間の部分(図1に実線で示す。)、またはリキッドタンク13に接続されている(図1に二点鎖線で示す。)。なお、一次バイパス配管51をリキッドタンク13に接続する場合、一次バイパス配管51は、リキッドタンク13の底部に接続されていることが好ましい。
また、一次バイパス配管51は、冷媒配管28のうち室外機5の電子膨張弁12と室内機6の第二電子膨張弁25との間に接続されていても良い。冷媒配管28のうち室外機5の電子膨張弁12と室内機6の第二電子膨張弁25との間に一次バイパス配管51を接続する場合には、空気調和装置1は、リキッドタンク13を備えていなくても良い。
なお、空気調和装置1がリキッドタンク13を備えていない場合には、一次バイパス配管51は、室外機5の電子膨張弁12と液側配管接続部31との間に接続されていれば良い。
一次開閉弁53は、例えば電磁弁であって、弁体を開くことで一次バイパス配管51側から液冷媒を流通させ、弁体を閉じることで一次バイパス配管51を遮断して一次キャピラリ54側から液冷媒を流通させる。
空気調和装置1は、電子膨張弁のような複雑な機構ではなく、開閉を切り替える弁、例えば電磁弁を一次開閉弁53に適用することで、一次開閉弁53の開閉制御によって液冷媒の流通経路を一次バイパス配管51と一次キャピラリ54との間で切り替え、圧縮機2、3、4へ供給される液冷媒の流量を変更する。
なお、一次開閉弁53および一次キャピラリ54は、一次バイパス配管51に直列に複数設けられていても良い(図1の二点鎖線)。空気調和装置1は、一次開閉弁53と一次キャピラリ54とを含む並列回路61を直列に複数段有することによって、圧縮機2、3、4へ供給される液冷媒の流量を、よりきめ細かく変更することができる。この場合、並列回路61の一次キャピラリ54は、全て同じ仕様であっても良いし、それぞれに仕様が異なっていても良い。
それぞれの二次開閉弁58a、58b、58cは、例えば電磁弁であって、弁体を開くことでそれぞれの二次キャピラリ59a、59b、59cに液冷媒を流通させ、弁体を閉じることでそれぞれの二次バイパス分岐管56a、56b、56cを遮断する。
空気調和装置1は、それぞれの二次開閉弁58a、58b、58cの開閉制御によってそれぞれの圧縮機2、3、4へ液冷媒を流通し、または遮断する。
それぞれのインバータ21、22、23は、商用交流電源Eから供給される交流電力を整流し、整流後の直流電力を室外制御部24の指令に応じた周波数に変換して圧縮機2、3、4のそれぞれへ出力する。つまり、それぞれのインバータ21、22、23は、それぞれの圧縮機2、3、4の運転周波数を制御する。
室外制御部24は、リモートコントローラ(図示省略)に入力される運転操作に基づいて四方弁8を制御し、空気調和装置1の冷房運転(図1中、実線矢印で示す冷媒の流れ)と暖房運転(図1中、破線矢印で示す冷媒の流れ)とを切り替える。
また、室外制御部24は、インバータを制御して圧縮機2、3、4の運転周波数を制御する。
次いで空気調和装置1の運転状態を説明する。
冷房運転時、それぞれの圧縮機2、3、4は、高温高圧のガス冷媒をそれぞれの吐出配管35a、35b、35cへ吐出する。高温高圧のガス冷媒は、それぞれの吐出配管35a、35b、35cから高圧側冷媒配管36で合流して四方弁8を経て室外熱交換器11に到達する。室外熱交換器11は、室外の空気とガス冷媒との間で熱交換を行って冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、液冷媒を流出させる。室外熱交換器11から流出する液冷媒は、電子膨張弁12、25を経て室内熱交換器26に到達する。電子膨張弁12は液冷媒の流量を調整して過冷却度を調整し、第二電子膨張弁25は液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする。室内熱交換器26は、室内の空気と気液二相冷媒との間で熱交換を行って冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、ガス冷媒を流出させる。室内熱交換器26から流出するガス冷媒は、四方弁8、アキュムレータ15、および吸込配管分岐部41、それぞれの吸込配管38a、38b、38cを経てそれぞれの圧縮機2、3、4に吸い込まれる。吸い込まれたガス冷媒は、圧縮機2、3、4で圧縮されて、再びそれぞれの吐出配管35a、35b、35cから吐出し、以上のサイクルを繰り返す。
暖房運転は、室外制御部24の指令に基づき四方弁8が冷媒の流路を切り替えることによって行なわれる。暖房運転では、冷媒は空気調和装置1を反対方向(破線矢印の方向)に流れる。
これら冷暖房運転時、リキッドインジェクション回路17は、それぞれの二次開閉弁58a、58b、58cを開くことで冷媒配管28を流通する液冷媒の一部を二次キャピラリ59a、59b、59cを通じてそれぞれの圧縮機2、3、4へ流入させ、それぞれの圧縮機2、3、4の温度を低下させる。このとき、リキッドインジェクション回路17は、一次開閉弁53を開閉させることで冷媒配管28から一次バイパス配管51を経て二次バイパス配管52、つまり二次バイパス分岐管56a、56b、56cへ流れ込む液冷媒の総量を制御する。リキッドインジェクション回路17は、圧縮機2、3、4を冷却するために多量の液冷媒を必要とする場合には、一次開閉弁53を開いて二次バイパス配管52へ流れ込む液冷媒の総量を増量する一方、圧縮機2、3、4の冷却に少量の液冷媒で足りる場合には、一次開閉弁53を閉じて一次キャピラリ54側から液冷媒を流通させて二次バイパス配管52へ流れ込む液冷媒の総量を減量する。
次に、本実施形態に係る空気調和装置1の他の例を説明する。なお、空気調和装置1Aにおいて空気調和装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図2は、本発明の実施形態に係る空気調和装置の他の例を示すブロック図である。
図2に示すように、本実施形態に係る空気調和装置1Aは、空気調和装置1の室内機6の第二電子膨張弁25に代えて、室外機5Aに複数の第二膨張弁65、65、…を備えている。これに対応して室内機6A、6A、…は第二電子膨張弁25を備えていない。
また、空気調和装置1Aの複数の第二膨張弁65、65、…は、室内機6Aの台数に対応して設けられている。つまり、室外機5Aに三台の室内機6Aを接続する場合には、第二膨張弁65、65、…も3つ設けられる。
さらに、室外機5Aには、渡り配管25を接続する複数の液側配管接続部31、31、…と、複数のガス側配管接続部32、32、…とが設けられる。複数の液側配管接続部31、31、…および複数のガス側配管接続部32、32、…も、室内機6Aの台数に対応して設けられている。
空気調和装置1Aでは、リキッドインジェクション回路17の一次バイパス配管51Aも、空気調和装置1の一次バイパス配管51同様に室外熱交換器11と室内熱交換器26との間に接続される。
そして、一次バイパス配管51Aは、空気調和装置1Aの冷房運転、暖房運転に係わらず、冷媒配管28のうち常に液冷媒が流通している箇所に接続されていることが好ましい。
具体的には、一次バイパス配管51Aは、冷媒配管28のうち室外機5Aの電子膨張弁12と複数の第二膨張弁65、65、…との間の部分(図2に実線で示す。)、またはリキッドタンク13に接続されている(図2に二点鎖線で示す。)。なお、一次バイパス配管51Aをリキッドタンク13に接続する場合、一次バイパス配管51Aは、リキッドタンク13の底部に接続されていることが好ましい。
本実施形態に係る空気調和装置1、1Aは、リキッドインジェクション回路17に一次開閉弁53と一次開閉弁53に並列に接続される一次キャピラリ54とを備えることによって、複数の圧縮機2、3、4へ導入する液冷媒の総量を容易に制御することができる。特に、空気調和装置1、1Aは、電子膨張弁のように流量を調節可能な弁を用い、運転条件に応じる制御を確立しなければならない場合に比べて、極めて容易な制御で対応することができる。
また、本実施形態に係る空気調和装置1、1Aは、冷媒配管28のうち室外機5の電子膨張弁12と室内熱交換器26との間の部分(図1に実線で示す。)、またはリキッドタンク13に一次バイパス配管51を接続することで、冷房運転、暖房運転の別に係わらず、常に液冷媒を複数の圧縮機2、3、4へ導入することができる。
さらに、本実施形態に係る空気調和装置1、1Aは、冷媒配管28のうち室外機5の電子膨張弁12と室内機6の第二電子膨張弁25との間に一次バイパス配管51を接続することで、リキッドタンク13を備えていない場合であっても、冷房運転、暖房運転の別に係わらず、常に液冷媒を複数の圧縮機2、3、4へ導入することができる。
さらにまた、本実施形態に係る空気調和装置1Aは、冷媒配管28のうち室外機5Aの電子膨張弁12と複数の第二膨張弁65、65、…との間の部分、またはリキッドタンク13に一次バイパス配管51Aを接続することで、冷房運転、暖房運転の別に係わらず、常に液媒体を複数の圧縮機2、3、4へ導入することができる。
また、本実施形態に係る空気調和装置1、1Aは、一次開閉弁53および一次キャピラリ54を一次バイパス配管51に直列に複数列備えることによって、電子膨張弁のように流量を調節可能な弁を用いることなく、極めて簡易な制御でよりきめ細やかに運転条件に対応することができる。
したがって、本実施形態に係る空気調和装置1、1Aによれば、信頼性が高く、インジェクション流量の調整機能を有したリキッドインジェクション回路17を提供できる。
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1、1A…空気調和装置、2、3、4…圧縮機、5、5A…室外機、6、6A…室内機、8…四方弁、11…室外熱交換器、12…電子膨張弁、13…リキッドタンク、15…アキュムレータ、17…リキッドインジェクション回路、18…室外ファン、21、22、23…インバータ、24…室外制御部、25…第二電子膨張弁、26…室内熱交換器、27…室内ファン、28…冷媒配管、29…戻り配管、31…液側配管接続部、32…ガス側配管接続部、33…液側配管接続部、34…ガス側配管接続部、35a、35b、35c…吐出配管、36…高圧側冷媒配管、38a、38b、38c…吸込配管、39…低圧側冷媒配管、41…吸込配管分岐部、45、46、47…サクションマフラ、51、51A…一次バイパス配管、52…二次バイパス配管、53…一次開閉弁、54…一次キャピラリ、56a、56b、56c…二次バイパス分岐管、58a、58b、58c…二次開閉弁、59a、59b、59c…二次キャピラリ、60a、60b、60c…逆止弁、61…並列回路、65…第二膨張弁。

Claims (5)

  1. 複数の圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、電子膨張弁と、室内熱交換器と、前記複数の圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記電子膨張弁、前記室内熱交換器を接続して充填冷媒100重量部に対してR32を40重量部以上含む前記充填冷媒を流通させる冷媒配管と、前記冷媒配管から前記複数の圧縮機へ液冷媒を導入するリキッドインジェクション回路と、を備え、
    前記リキッドインジェクション回路は、
    前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に接続される一次バイパス配管と、
    前記一次バイパス配管から分岐してそれぞれの前記圧縮機に接続される二次バイパス配管と、
    前記一次バイパス配管に設けられる一次開閉弁と、
    前記一次バイパス配管に設けられて、前記一次開閉弁に並列に接続される一次キャピラリと、
    前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられる複数の二次開閉弁と、
    前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられて、ぞれぞれの前記二次開閉弁に直列に接続される複数の二次キャピラリと、を備える空気調和装置。
  2. 前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間、かつ前記電子膨張弁よりも前記室内熱交換器側にリキッドタンクを備え、
    前記一次バイパス配管は、前記冷媒配管のうち前記電子膨張弁と前記室内熱交換器との間の部分、または前記リキッドタンクに接続されている請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間、かつ前記電子膨張弁よりも前記室内熱交換器側に第二電子膨張弁を備え、
    前記一次バイパス配管は、前記冷媒配管のうち前記電子膨張弁と前記第二電子膨張弁との間の部分に接続されている請求項1に記載の空気調和装置。
  4. 前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間、かつ前記電子膨張弁よりも前記室内熱交換器側に開閉弁を備え、
    前記一次バイパス配管は、前記冷媒配管のうち前記電子膨張弁と前記開閉弁との間の部分に接続されている請求項1に記載の空気調和装置。
  5. 前記一次開閉弁および前記一次キャピラリは、前記一次バイパス配管に直列に複数設けられている請求項1から4のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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