JP3168496B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置

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JP3168496B2 JP27037893A JP27037893A JP3168496B2 JP 3168496 B2 JP3168496 B2 JP 3168496B2 JP 27037893 A JP27037893 A JP 27037893A JP 27037893 A JP27037893 A JP 27037893A JP 3168496 B2 JP3168496 B2 JP 3168496B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空気調和装置に係り、特
に、冷凍サイクルに非共沸混合冷媒を用いるのに好適な
空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】圧縮機、冷媒流路切換装置、室内熱交換
器、減圧装置、室外熱交換器を接続してなる従来の冷凍
サイクルは、特開昭62−80471号公報に記載され
ているように、圧縮機の吸込口の手前にアキュムレータ
としての機能を併せて、液溜めが設けられているもので
あった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、冷媒
として非共沸混合冷媒を使用することは考慮されていな
かったため、次のような問題があった。すなわち冷暖房
負荷が変化した場合、循環冷媒量も変化するので、受液
器が必要となってくるが、非共沸混合冷媒では、図3に
示すように液相と気相で組成が異なるため、受液器が、
蒸発器となる熱交換器と圧縮機の間にある場合、受液器
に流入する冷媒の乾き度が大きい(図中の組成A)と、
受液器には高沸点冷媒のHFC−134aが多く含まれ
る組成の冷媒(図中の組成B)が滞留する。定常状態に
なると冷凍サイクル内を循環する冷媒はHFC−32が
多くなり、循環する冷媒の組成が封入時の組成と異なる
ものになってしまう。このHFC−32は低沸点冷媒な
ので、暖房時には着霜の原因となり、また、ガス化して
漏れたりすると可燃性なので極めて危険であった。ま
た、現場での施工性を向上させるために、冷媒封入済み
の受液器等を設置された装置においても、配管が短い場
合には余剰冷媒を受液器に貯える必要があるので、上記
と同様の問題があった。
【0004】本発明の目的は、冷凍サイクルを循環する
冷媒に非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置において、
冷房、暖房いずれのモードでも封入冷媒の組成と循環冷
媒の組成の差を最小限に抑えることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、
室外熱交換器と、受液器とを備え冷暖房が可能な冷凍サ
イクルを有する空気調和装置において、前記冷凍サイク
ルを循環するHFC−32を含む非共沸混合冷媒と、
記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間に設けられ、
前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器で凝縮した後の
余剰冷媒を貯留する前記受液器と、前記室外熱交換器か
ら前記受液器の入口側へ接続された逆止弁と、前記受液
器の出口側に接続され開度制御される電動膨張弁と、前
記電動膨張弁の反前記受液器側から前記室内熱交換器へ
接続された逆止弁と、前記室内熱交換器から前記受液器
の入口側へ接続された逆止弁と、前記電動膨張弁の反前
記受液器側から前記室外熱交換器へ接続された逆止弁
と、を備えたものである。また、上記のものにおいて、
循環冷媒の組成を算出して前記電動膨張弁の開度を制御
することが望ましい。また、上記のものにおいて、受液
器の出口に冷媒組成検出手段を設けることが望ましい。
【0006】
【作用】上記構成によれば、暖房時には、圧縮機で圧縮
された高温高圧の冷媒ガスは、冷媒流路切換装置を通
り、室内熱交換器で室内送風ファンにより送風されてく
る空気へ放熱して凝縮し、冷媒流路切換手段を介して受
液器に流入させることができるので、非定常時は、余剰
冷媒は液相で滞留するが、受液器に流入する冷媒の乾き
度は小さいため、この流入する冷媒の組成と滞留する冷
媒の組成の差は小さい。そのため定常状態においても、
封入組成と循環組成の差はかなり小さくなる。さらに受
液器から流出した冷媒は、減圧装置で減圧され、冷媒流
路切換手段を介するこことにより、低圧側の室外熱交換
器に流入し、室外送風ファンにより送風される空気から
吸熱して蒸発し、再び圧縮機へ戻るサイクルを形成する
ことができる。。また冷房時は、圧縮機で圧縮された高
温高圧の冷媒ガスは、冷媒流路切換装置を通り、室外熱
交換器で室外送風ファンにより送風されてくる空気へ放
熱して凝縮し、冷媒流路切換手段を介して暖房時と同様
の方向から受液器に流入させることができる。上述した
ように、受液器に流入する冷媒の乾き度は小さいので、
受液器から流出する液冷媒の組成との差は小さい。さら
に受液器から流出した冷媒は、減圧装置で減圧され、冷
媒流路切換手段を介するこことにより、低圧側の室内熱
交換器に流入し、室内送風ファンにより送風される空気
から吸熱して蒸発し、再び圧縮機へ戻るサイクルを形成
することができる。そのため、冷媒として非共沸混合冷
媒を用いた冷凍サイクルにおいて、負荷が変化しても、
乾き度の小さい冷媒が受液器に流入するので、冷房、暖
房いずれのモードでも冷媒の循環組成と封入組成の差を
最小限におさえることができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を
参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施例を示
すものである。本実施例は、圧縮機1、冷媒流路切換装
置としての四方弁2、室内熱交換器3、さらに第2の冷
媒流路切換手段として4個の逆止弁4、5、6、7、受
液器8、減圧装置としての膨張弁9、室外熱交換器10
からなり、これらは順に配管接続されていて冷凍サイク
ルが構成され、冷媒には非共沸混合冷媒、たとえばHF
C−32(CH2F2)/134a(CF3CH2F)が用いられて
いる。尚、室内熱交換器3には室内送風ファン11が、
室外熱交換器10には室外送風ファン12が設けられて
いる。
【0008】このように構成された冷凍サイクルの動作
について、まず暖房を例にとり説明する。圧縮機1で圧
縮された高温高圧の冷媒ガスは、四方弁2を通り、室内
熱交換器3で室内送風ファン11により送風されてくる
空気へ放熱して凝縮し、逆止弁5を通り、受液器8に入
る。本実施例では、室内熱交換器3で凝縮させた後で受
液器8に流入させているので、非定常時は、図2に示す
ように、余剰冷媒は液相で滞留するが、受液器8に流入
する冷媒の乾き度は小さいのため、この流入する冷媒の
組成Aと滞留する冷媒の組成Bの差は小さい。そのため
定常状態においても、封入組成と循環組成の差はかなり
小さくなる。さらに受液器8から流出した冷媒は、膨張
弁9で減圧され、高圧側に接続されている逆止弁7には
流入せず低圧側の逆止弁6に流入する。そして高圧側に
接続されている逆止弁4には流入せず室外熱交換器10
に流入し、室外送風ファン12により送風される空気か
ら吸熱して蒸発し、再び圧縮機1へ戻る。
【0009】また冷房の場合は、圧縮機1で圧縮された
高温高圧の冷媒ガスは、四方弁2を通り、室外熱交換器
10で、室外送風ファン12により送風されてくる空気
へ放熱して凝縮し、逆止弁4を通り、暖房時と同様の方
向から受液器8に入る。上述したように、受液器8に流
入する冷媒の乾き度は小さいので、受液器8から流出す
る液冷媒の組成との差は小さい。さらに受液器8から流
出した冷媒は、膨張弁9で減圧され、高圧側に接続され
ている逆止弁6には流入せず低圧側の逆止弁7に流入す
る。そして高圧側に接続されている逆止弁5には流入せ
ず室内熱交換器3に流入し、室内送風ファン11により
送風される空気から吸熱して蒸発し、再び圧縮機1へ戻
る。
【0010】以上のように、冷房時、暖房時とも受液器
8が、凝縮器として作用する熱交換器と減圧装置との間
に位置するような構成とすることで、封入する冷媒の組
成と循環する冷媒の組成の差はかなり小さくできる。ま
た、本実施例では、上述したように、循環する冷媒の組
成の差を小さくできるので、可燃性を持つHFC−32
の循環組成が増加するのを抑えることができる。また、
冷媒の組成変化が少ないので、膨張弁として感温筒の中
にサイクルに封入されている冷媒と同じ冷媒を封入する
温度自動膨張弁を用いることができる。
【0011】次に、本発明の第2の実施例を図4を用い
て説明する。本実施例は、第1の実施例における第2の
冷媒流路切換装置を、逆止弁ではなく第2の四方弁13
により構成したものである。暖房時は、圧縮機1で圧縮
された高温高圧の冷媒ガスは、四方弁2を通り、室内熱
交換器3で、室内送風ファン11により送風されてくる
空気へ放熱して凝縮し、第2の四方弁13に流入する。
第2の四方弁13は冷媒が受液器8に流れるよう切換え
られているので、冷媒は受液器8に流入する。上述した
ように受液器8に流入する冷媒の乾き度は小さいので、
受液器8から流出する液冷媒の組成との差は小さい。さ
らに受液器8から流出した冷媒は、膨張弁9で減圧さ
れ、第2の四方弁13を通り、室外熱交換器10に流入
し、室外送風ファン12により送風される空気から吸熱
して蒸発し、再び圧縮機1へ戻る。
【0012】冷房時は、四方弁2と第2の四方弁13が
切換わり、冷媒のサイクル中の流れは暖房時とは逆にな
るが、暖房時と同様に受液器8を流出した冷媒は、膨張
弁9に流入するサイクル構成となる。本実施例は、第1
の実施例と同様に、封入する冷媒の組成と循環する冷媒
の組成との差をかなり小さくでき、さらに第2の冷媒流
路切換装置の部品点数が減るので、より信頼性の高い冷
凍サイクルとすることができる。
【0013】本発明の第3の実施例を図5により説明す
る。本実施例は第1の実施例と同様の構成であるが、本
実施例では膨張弁9の出口に追加冷媒封入用バルブ14
を設けたものである。冷媒補給時は、追加冷媒ボンベ1
6を追加冷媒封入用パイプ15に接続し、さらに追加冷
媒封入用パイプ15内の空気を抜いた後、追加冷媒封入
用バルブ14に接続する。膨張弁9の出口は、暖房、冷
房どちらのモードであっても低圧状態であるので、追加
冷媒封入用バルブ14を開けると圧力差により冷媒を補
給することができる。さらに補給された冷媒は蒸発器で
蒸発した後に圧縮機1に流入するので、冷媒補給時に圧
縮機1に液冷媒が流入する恐れが低くなる。
【0014】本発明の第4の実施例を図6により説明す
る。本実施例においては、受液器に蓄えられる熱を除霜
に利用するように構成している。すなわち受液器8の周
囲には蓄熱材17が設けてあり、室外熱交換器10と蓄
熱材17との間には二方弁18が接続されている。この
ように構成された冷凍サイクルの作用について説明す
る。通常の暖房運転時には蓄熱材17に受液器8の熱が
蓄えられる。除霜時には四方弁2が冷房側に切換わり、
2方弁18が開く。そのため圧縮機1で圧縮された高温
高圧の冷媒ガスは、四方弁2を通り、室外熱交換器10
に流入し除霜を行なって凝縮し、さらに冷媒のほとんど
は流路抵抗の少ない側の二方弁18を経て、蓄熱材17
に蓄えられた受液器8の熱を吸熱し、再び圧縮機1へ戻
る。以上のように受液器8に流入する冷媒の熱を有効利
用することにより、除霜時間を短縮し、かつ除霜時に必
要な電力を低減できる。
【0015】本発明の第5の実施例を図7により説明す
る。本実施例においては、最適なスーパーヒート制御を
行うよう構成している。すなわち、常に液冷媒が流れる
受液器8の出口に冷媒組成検出器(たとえば温度検出器
19と静電容量検出器20)を設け、圧縮機1の吸入口
に圧縮機吸入圧力検出器21と温度検出器22を設けて
いる。受液器8から流出する冷媒の温度と静電容量値
を、それぞれ温度検出器19と静電容量検出器20が検
出する。この2つの検出値から循環冷媒の組成を算出で
きるので、圧縮機吸入圧力検出器21からの検出値と併
せて、圧縮機1に入り込む冷媒の露点温度を算出でき
る。そこで制御器24は、これらの検出値から得られた
露点温度と、圧縮機吸入口の温度検出器22からの検出
した温度が一定になる、すなわちスーパーヒートが一定
となるように、電動膨張弁23の開度や、室外送風ファ
ン11の回転数制御を行う。以上のように構成すること
で、受液器8に流入する冷媒の乾き度が小さくない場合
でも、最適なスーパーヒート制御を行うことができる。
【0016】さらに上記実施例において、受液器8を流
出した冷媒がガス冷媒の場合、すなわち冷凍サイクルの
冷媒不足が起こった場合には、静電容量検出器20の検
出値は液冷媒が流れている場合と大きく異なるので、制
御器24が受液器8の出口にガス冷媒が流れていると判
断した場合に圧縮機1が停止するよう制御すれば、圧縮
機の損傷などを防ぐことができ、冷凍サイクルの信頼性
を向上することもできる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、冷房時、暖房時ともに
乾き度の小さい冷媒が受液器内に流入し、受液器から流
出した冷媒が減圧されることになるので、冷房または暖
房のいずれのモードでも、さらに負荷が変化しても循環
する冷媒の組成変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示す構成図。
【図2】本発明の第一の実施例を説明するための気液平
衡線図。
【図3】本発明の課題を説明するための気液平衡線図。
【図4】本発明の第二の実施例を示す構成図。
【図5】本発明の第三の実施例を示す構成図。
【図6】本発明の第四の実施例を示す構成図。
【図7】本発明の第五の実施例を示す構成図。
【符号の説明】 1 圧縮機 2 四方弁 3 室内熱交換器 4、5、6、7 逆止弁 8 受液器 9 減圧装置 10 室外熱交換器 11 室内送風ファン 12 室外送風ファン 13 第2の四方弁 14 追加冷媒封入用バルブ 15 追加冷媒封入用パイプ 16 追加冷媒封入用ボンベ 17 蓄熱材 18 二方弁 19 凝縮器出口温度検出器 20 静電容量検出器 21 圧縮機吸入圧力検出器 22 温度検出器 23 電動膨張弁 24 制御器
フロントページの続き (72)発明者 小国 研作 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 浦田 和幹 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平2−150668(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 47/02 F25B 1/00 F25B 13/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、
    室外熱交換器と、受液器とを備え冷暖房が可能な冷凍サ
    イクルを有する空気調和装置において、前記冷凍サイク
    ルを循環するHFC−32を含む非共沸混合冷媒と、
    記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間に設けられ、
    前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器で凝縮した後の
    余剰冷媒を貯留する前記受液器と、前記室外熱交換器か
    ら前記受液器の入口側へ接続された逆止弁と、前記受液
    器の出口側に接続され開度制御される電動膨張弁と、前
    記電動膨張弁の反前記受液器側から前記室内熱交換器へ
    接続された逆止弁と、前記室内熱交換器から前記受液器
    の入口側へ接続された逆止弁と、前記電動膨張弁の反前
    記受液器側から前記室外熱交換器へ接続された逆止弁
    と、を備えたことを特徴とする空気調和装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の空気調和装置において、
    前記循環冷媒の組成を算出して前記電動膨張弁の開度を
    制御することを特徴とする空気調和装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の空気調和装置において、
    前記受液器の出口に冷媒組成検出手段を設けたことを特
    徴とする空気調和装置。
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