JP2021509945A - 空調機システム - Google Patents

Abstract

空調機システムは、直列接続されているコンプレッサー１と、室内熱交換器２と、第一の絞り装置３と、室外熱交換器４とがメイン回路に含まれており、メイン回路に熱交換器５と第一の気液分離器６がさらに設置され、コンプレッサー１と室外熱交換器４との間に迂回除霜回路Ｐが設置され、熱交換器５の一の側は、第一の絞り装置３と室内熱交換器２との間の第一の管路Ｍに接続され、熱交換器５の他の側は、第一の絞り装置３と室外熱交換器（４）との間の第二の管路（Ｎ）に接続され、第一の管路Ｍを通過した冷媒、及び、第二の管路（Ｎ）を通過した冷媒は、熱交換器５に熱交換を行うことができ、第一の気液分離器６とコンプレッサー１との間に迂回管路Ｌが設置される。この空調システムによれば、第一の管路Ｍにおける冷媒の超冷却度を増やすことができると共に、運転が停止されなくても除霜できる、という目的を達成することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、空調機の技術分野に関し、特に空調機システムに関する。

従来の空調機システムは、一般的に、コンデンサーと、絞り装置と、蒸発器と、コンプレッサーとにより、冷房／暖房の循環回路を形成している。コンプレッサーから排出された高温・高圧の気体冷媒は、コンデンサーに低温・高圧の液体として凝縮され、しかも、絞り装置により低温・低圧の液体として絞られる。次に、蒸発器に入り、吸熱して蒸発されると、一つの冷房／暖房のサイクルが完了することになる。

空調機が暖房運転している際に、高温・高圧の気体冷媒は、コンデンサーにより熱交換された後に、低温・高圧の液体の冷媒になり、また、絞り装置により絞って降圧された後に、低温・低圧の気体相と液体相が共に存在しているものになり、蒸発器に入り熱交換を行うことになる。蒸発の面積は、大きいほど、相対的に蒸発の能力が高い。なお、低温・高圧の液体の冷媒は、放熱しつつあると、超冷却度が高くなり、システムの循環における冷房・暖房量を増加させることになる。冷却材は、熱交換が行われると、９５％以上の熱交換量がその気体相と液体相の気化潜熱によるものであり、単一の相（単純な液体や気体）の定圧比熱容量が相当に小さく、熱交換量がシステムの循環の全体に占める比は小さい。また、気体の冷却材は、管路内の降圧が大きく、システムの循環における圧力損失の主な源であり、循環の電力消費量が増加し、システムの循環におけるエネルギー消費が増加してしまう恐れがある。

なお、図３を参照すると、図３は、従来の空調機が暖房運転している際の循環の原理図である。図３に示されるように、空調機が暖房運転する実際の運転の温度点については、一般的に、冷媒は、Ａ点で７０℃の高温の気体となり、室内熱交換器に入ると２０℃の室内の環境と熱交換を行い、温度が３０℃まで低下し、機器接続管を通過した後に絞り装置に入る。また、Ｂ点と絞り装置との間の温度（３０℃程度）が７℃の室外環境温度よりも遥かに高く、余熱が無駄になってしまう。そして、余熱が吸収されて利用されると、システムの循環における超冷却度を増加することができる。本発明は、このことに鑑みてなされたものである。

従来技術における上記の課題を解決するために、即ち、空調機の暖房サイクルの効果を向上させるために、本発明が提供する空調機システムは、直列接続されている、コンプレッサーと、室内熱交換器と、第一の絞り装置と、室外熱交換器とがメイン回路に含まれ、前記メイン回路に、熱交換器と第一の気液分離器とがさらに設置され、かつ、前記コンプレッサーと前記室外熱交換器との間に迂回除霜回路が設置され、前記熱交換器の一の側が前記第一の絞り装置と前記室内熱交換器との間における第一の管路に接続され、前記熱交換器の他の側が前記第一の絞り装置と前記室外熱交換器との間における第二の管路に接続されることにより、前記第一の管路を通過した冷媒、及び、前記第二の管路を通過した冷媒は前記熱交換器に熱交換を行うことができるようにし、前記第一の気液分離器は、前記熱交換器と前記室内熱交換器との間における第二の管路の部分に位置し、かつ、前記第一の気液分離器と前記コンプレッサーとの間に迂回管路を設置し、前記迂回除霜回路は、空調が暖房している過程に、前記室外熱交換器に除霜の操作を行うためのものである。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記迂回管路には、前記空調機システムが暖房運転している際に、気体の冷媒の流量をコントロールするための第二の絞り装置が設置される。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記第一の管路は、前記熱交換器の一の側を通り抜け、及び／又は、前記第二の管路は、前記熱交換器の他の側を通り抜ける。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記メイン回路には、前記熱交換器と前記室内熱交換器との間における第一の管路の部分に位置する第三の絞り装置がさらに設置される。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記空調機システムが暖房運転している際に、前記第三の絞り装置が全開の状態になり、前記第一の絞り装置が冷媒を絞るためのものである。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記空調機システムが冷房運転している際に、前記第一の絞り装置が全開の状態になり、前記第三の絞り装置が冷媒を絞るためのものである。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記迂回除霜回路には、絞り弁が設置され、前記室外熱交換器に除霜を行う必要がある場合に、前記絞り弁をオンにし、前記コンプレッサーから流出された冷媒が前記迂回除霜回路を通過して前記室外熱交換器に除霜の操作を行うようにし、前記室外熱交換器に除霜を行う必要が無くなる場合に、前記絞り弁をオフにする。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記コンプレッサーには、第二の気液分離器が設置され、冷媒は、前記第二の気液分離器を経た後に、前記コンプレッサーへ回流する。上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記迂回管路は、前記第二の気液分離器の上流に接続される。

上記の空調機システムに係る好ましい実施形態において、前記空調機システムには、冷房モードと暖房モードとの間に前記空調機システムを切り替えるための四方弁が含まれる。

本発明に係る技術の形態は、空調機システムに熱交換器が追加され、当該熱交換器の両側のそれぞれが第一の管路と第二の管路に接続されることから、第一の管路における冷媒及び第二の管路における冷媒は、熱交換器に熱交換を行うことができる。そして、第一の管路における冷媒の超冷却度を効果に増やすことができるのみならず、第二の管路における冷媒の蒸発を促進してシステムの暖房量を増加することができる。また、本発明に係る第一の気液分離器とコンプレッサーとの間には、迂回管路が設置される。気液分離器を経た気体冷媒は、当該迂回管路を通過してからコンプレッサーの吸気口に入ることができる。そして、この部分の気体冷媒が、暖房サイクルにおける圧力損失を減少することは、コンプレッサーにおける吸気口の圧力を増加することに相当することから、コンプレッサーの電力消費を減少し、空調機システムが暖房サイクルを行う際の冷媒の循環量を増加し、暖房量を増加する、という目的を実現することができる。本発明は、迂回除霜回路をさらに追加することにより、空調機が除霜している過程に、冷媒が室内熱交換器に入り暖房を行いつつあるようにすることができる。即ち、空調機が依然として暖房の状況を維持し、空調機の運転が停止されなくても除霜ができる、という目的を達成することができる。また、本発明に係る空調機は、第三の絞り装置を設置する形態により、空調機が冷房モードに切り替えられた時に、第一の絞り装置（この時に、第一の絞り装置が全開の状態にある）に代わり、当該第三の絞り装置を利用し、冷媒を絞ることから、冷房サイクルを行う際に、冷房量が低下してしまう現象を避けることができる。

本発明に係る空調機システムの実施例一の構成の原理図である。 本発明に係る空調機システムの実施例二の構成の原理図である。 従来の空調機が暖房運転している際の循環の原理図である。

本発明に係る実施例、技術の形態及び利点をより明確にするように、以下に、図面に基づいて、本発明に係る技術の形態を明確にかつ完全に説明する。この実施例が、本発明に係る実施例のすべてでなく、その一部だけに過ぎないことも自明である。これらの実施形態は、本発明に係る保護範囲を限定するものではなく、あくまでも本発明に係る技術原理を説明するためのものであることも、当業者にとって理解するべきである。

まず、図１を参照すると、図１は、本発明に係る空調機システムの実施例一の構成の原理図である。図１に示されるように、本発明に係る空調機システムでは、直列接続されるコンプレッサー１と、室内熱交換器２と、第一の絞り装置３と、室外熱交換器４と、がメイン回路に含まれる。当該メイン回路に、さらに、熱交換器５が設置される。説明を便宜にするように、第一の絞り装置３と室内熱交換器２との間における管路を第一の管路Ｍとし、第一の絞り装置３と室外熱交換器４との間における管路を第二の管路Ｎとし、熱交換器５の一の側を第一の管路Ｍに接続し、熱交換器５の他の側を第二の管路Ｎに接続する。図１に示されるように、その接続は、第一の管路Ｍが熱交換器５の一の側を通り抜け、第二の管路Ｎが熱交換器Ｎの他の側を通り抜けるという方式になる。しかも、第一の管路Ｍを通過した冷媒及び第二の管路Ｎを通過した冷媒は、熱交換器５に熱交換を行うことができる。また、メイン回路には、さらに、熱交換器５と室外熱交換器４との間における第二の管路Ｎの部分に位置し、コンプレッサー１との間に迂回管路Ｌを設置する第一の気液分離器６が設置される。また、本発明に係る空調機システムでは、コンプレッサー１と室外熱交換器４との間に、空調暖房サイクルにある過程において、室外熱交換器４に除霜の操作を行わせるための迂回除霜回路Ｐがさらに設置される。

例示すると、図１に示されるように、迂回除霜回路Ｐに、絞り弁９を設置し、室外熱交換器４に除霜を行う必要がある場合に、絞り弁９をオンにし、冷媒に迂回除霜回路Ｐを通過させ、室外熱交換器４に除霜の操作を行う一方、室外熱交換器４に除霜を行う必要が無くなる場合に、絞り弁９をオフにする。迂回除霜回路Ｐを追加することにより、空調機が除霜している過程に、冷媒が室内熱交換器２に入り暖房を行いつつあるようにすることができる。即ち、空調機が依然として暖房の状況を維持し、空調機の運転が停止されなくても除霜できる、という目的を達成することができる。

空調機が暖房サイクルにある過程では、コンプレッサー１から排出された高温・高圧の気体の冷媒は、室内熱交換器２へ流出し、室内熱交換器２に熱交換を行って、低温・高圧の液体の冷媒になる。冷媒は、第一の管路Ｍに沿ってＣ点に到着すると、冷媒の温度が２０℃程度となる（ここでの熱量は、十分に利用されていない廃棄熱である）。次に、冷媒は、第一の絞り装置３に絞られた後に、第二の管路Ｎに入ると、Ｄ点での冷媒（絞られた冷媒）の温度は５℃程度となる。第一の管路Ｍにおける冷媒と第二の管路Ｎにおける冷媒との間に温度差が存在しており、いずれも熱交換器５を通過するため、第一の管路Ｍにおける冷媒及び第二の管路Ｎにおける冷媒は、熱交換器５に熱交換を行うことになる。そして、第一の管路Ｍにおける冷媒の超冷却度（即ち、Ｃ点から第一の絞り装置３までの冷媒が放熱して温度が下がりつつあること）を効果的に増やすことができるのみならず、第二の管路Ｎにおける冷媒の蒸発（即ち、Ｄ点での低温の冷媒は、Ｃ点での余熱を蒸発して吸熱することができるため、これは、蒸発の面積を増加させて熱交換の能力を効果的に向上させることに相当する）を促進して暖房量を増加することができる。

次に、熱交換器５により熱交換された冷媒は、第一の気液分離器６に入り、第一の気液分離器６により分離された気体冷媒は、そのまま迂回管路Ｌに沿ってコンプレッサー１へ回流する。そして、この部分の気体冷媒が、暖房サイクルの圧力損失を減少することは、コンプレッサー１における吸気口の圧力を増加することに相当することから、コンプレッサー１の電力消費を減少させ、空調機システムが暖房サイクルを行う際の冷媒の循環量を増加させ、暖房量を増加する、という目的を実現することができる。第一の気液分離器６を経た液体冷媒は、室外熱交換器４を通過してからコンプレッサー１へ回流する。このような設計によれば、空調機が暖房運転している過程において、廃棄熱を再度利用できるのみならず、システムにおける電力消費を低下させ、空調機システムが暖房サイクルを行う際の冷媒の循環量を増加し、システム全体の暖房量を増加することができる。

例示すると、迂回管路Ｌには、空調が暖房運転している際に、気体の冷媒の流量をコントロールするための第二の絞り装置７が設置される。即ち、実際の運転の状況に従って、気体の冷媒が通過する量を自由にコントロールするように、第二の絞り装置７の開度を調整してもよい。冷房サイクルを行う際に、迂回管路Ｌが冷房サイクルに関与しないように、第二の絞り装置７をオフにしてもよい。

注意されたいことは、上記に記載される熱交換器５は、水を貯める水タンクであってもよく、第一の絞り装置３における上流と下流の冷媒に熱交換を行わせるものであれば、他の任意の適当なものであってもよい。また、上記の設計は、暖房サイクルの暖房量を効果的に向上させる一方、冷房サイクルの際に冷房量を低下させるものである。

例示すると、本発明に係る空調機システムは、冷房モードと暖房モードとの間に空調機システムを切り替えるためのモード切り替え装置（例えば、図１に示される四方弁Ｑ）をさらに含む。

例示すると、図２を参照し、図２は本発明に係る空調機システムの実施例二の構成の原理図である。図２に示されるように、本発明に係る空調機システムは、さらに、熱交換器５と室内熱交換器２との間における第一の管路Ｍ部分に位置する第三の絞り装置８がメイン回路に設置される。空調機が暖房運転している際に、第三の絞り装置８は、全開の状態になり、第一の絞り装置３は、冷媒を絞るためのものである。この時、実施例一に係る空調機システムの原理と同様に、四方弁Ｑにより空調機システムを冷房の運転に切り替えると、第一の絞り装置３は、全開の状態になり、第三の絞り装置８は、冷媒を絞るためのものである。それと同時に、第二の絞り装置７をオフにする。この時、熱交換器５における両側の冷媒は、温度差がほぼなくなる。即ち、熱交換器５が冷房サイクルを行う過程において機能せず、冷房サイクルの全体が通常の冷房サイクルとなる。そして、冷房が運転している際の冷房量が低下してしまうことを避けることができる。

好ましくは、図１と図２を参照すると、コンプレッサー１に気液分離器１１を設置し、コンプレッサー１に入った気体の冷媒は、まず、当該気液分離器１１を経て、次に、コンプレッサー１に吸入されると、次のサイクルをスタートさせることになる。また、迂回管路Ｌは、第二の気液分離器１１の上流に接続される。

以上より、本発明に係る空調機システムは、熱交換器を追加すると共に、当該熱交換器の両側のそれぞれが第一の管路と第二の管路に接続されることから、第一の管路における冷媒及び第二の管路における冷媒は、熱交換器に熱交換を行うことができる。第一の管路における冷媒の超冷却度を効果的に増やすことができるのみならず、第二の管路における冷媒の蒸発を促進してシステムの暖房量を増加することができる。しかも、本発明に係る第一の気液分離器とコンプレッサーとの間に迂回管路を設置し、第一の気液分離器を通過した気体冷媒は、当該迂回管路を通過してからコンプレッサーの吸気口に入ることができる。そして、この部分の気体冷媒が暖房サイクルにおける圧力損失を減少することは、コンプレッサーの吸気口の圧力を増加することに相当し、コンプレッサーの電力消費を低下させ、空調機システムが暖房サイクルを行う際の冷媒の循環量を増加させ、暖房量を増加する、という目的を実現することができる。本発明は、さらに、迂回除霜回路を追加し、空調機が除霜している過程に、冷媒が室内熱交換器に入り暖房を行いつつあるようにすることができる。即ち、空調機が依然として暖房の状況を維持し、空調機の運転が停止されなくても除霜できる、という目的を達成することができる。また、本発明に係る空調機は、第三の絞り装置をさらに設置する形態により、空調機が冷房モードに切り替えられた時に、第一の絞り装置（この時に、第一の絞り装置が全開の状態にある）に代わり、当該第三の絞り装置を利用し、冷媒を絞ることから、冷房サイクルを行う際に、冷房量が低下してしまう現象を避けることができる。

なお、図面に示される好ましい実施形態を組み合わせて、本発明に係る技術の形態を説明したが、本発明に係る保護の範囲がこれらの具体的な実施形態に限られていないことも、当業者にとって容易に理解され得る。本発明に係る原理を逸脱しないという前提で、当業者が関連技術の特徴に同等の変形や代替を行ってもよく、これらの変形や替換が行われた技術の形態も本発明に係る保護範囲に含まれている。

Claims (10)

1. 直列接続されている、コンプレッサーと、室内熱交換器と、第一の絞り装置と、室外熱交換器と、がメイン回路に含まれる空調機システムであって、
   前記メイン回路に、熱交換器と第一の気液分離器とがさらに設置され、かつ、前記コンプレッサーと前記室外熱交換器との間に迂回除霜回路が設置され、
   前記熱交換器の一の側が前記第一の絞り装置と前記室内熱交換器との間の第一の管路に接続され、前記熱交換器の他の側が前記第一の絞り装置と前記室外熱交換器との間の第二の管路に接続されることにより、前記第一の管路を通過した冷媒、及び、前記第二の管路を通過した冷媒は前記熱交換器に熱交換を行うことができるようにし、
   前記第一の気液分離器は、前記熱交換器と前記室内熱交換器との間における第二の管路の部分に位置し、かつ、前記第一の気液分離器と前記コンプレッサーとの間に迂回管路を設置し、
   前記迂回除霜回路は、空調が暖房している過程に、前記室外熱交換器に除霜の操作を行うためのものである、
   空調機システム。
2. 前記迂回管路には、前記空調機システムが暖房運転している際に、気体の冷媒の流量をコントロールするための第二の絞り装置が設置される、
   請求項１に記載の空調機システム。
3. 前記第一の管路は、前記熱交換器の一の側を通り抜け、及び／又は、前記第二の管路は、前記熱交換器の他の側を通り抜ける、
   請求項１に記載の空調機システム。
4. 前記メイン回路には、前記熱交換器と前記室内熱交換器との間における第一の管路の部分に位置する第三の絞り装置がさらに設置される、
   請求項３に記載の空調機システム。
5. 前記空調機システムが暖房運転している際に、前記第三の絞り装置が全開の状態になり、前記第一の絞り装置が冷媒を絞るためのものである、
   請求項４に記載の空調機システム。
6. 前記空調機システムが冷房運転している際に、前記第一の絞り装置が全開の状態になり、前記第三の絞り装置が冷媒を絞るためのものである、
   請求項４に記載の空調機システム。
7. 前記迂回除霜回路には、絞り弁が設置され、
   前記室外熱交換器に除霜を行う必要がある場合に、前記絞り弁をオンにし、前記コンプレッサーから流出された冷媒が前記迂回除霜回路を通過して前記室外熱交換器に除霜の操作を行うようにし、
   前記室外熱交換器に除霜を行う必要が無くなる場合に、前記絞り弁をオフにする、
   請求項１に記載の空調機システム。
8. 前記コンプレッサーには、第二の気液分離器が設置され、
   冷媒は、前記第二の気液分離器を経た後に、前記コンプレッサーへ回流する、
   請求項１から７のいずれか一つに記載の空調機システム。
9. 前記迂回管路は、前記第二の気液分離器の上流に接続される、
   請求項８に記載の空調機システム。
10. 前記空調機システムには、冷房モードと暖房モードとの間に前記空調機システムを切り替えるための四方弁が含まれる、
    請求項１から７のいずれか一つに記載の空調機システム。
    
    

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