JP3945948B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸点の高い冷媒と沸点の低い冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ヒートポンプ式空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器及びアキュムレータが順次接続されて、ループ状の冷媒回路を構成する。この空気調和装置では、四方弁を動作させることによって、冷房運転時に上述の順序で冷媒が循環されて、室内熱交換器が蒸発器となり、暖房運転時に上述と逆の順序で冷媒が流れて、室内熱交換器が凝縮器となる。
【０００３】
ところで、近年、オゾン層の破壊防止の観点から、空気調和装置の冷媒として、沸点の高い冷媒と沸点の低い冷媒とを混合したＲ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒が採用される傾向にある。
【０００４】
また、特に、西欧や北米地域では、コンピュータルームに空気調和装置を設置したり、熱源機と空気調和装置とを併設する場合が多いので、室外気温が低い冬期においても冷房運転が実施される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上述のような非共沸混合冷媒を用いた場合には、Ｒ２２等の単一冷媒の場合に比べて、冷房運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器内で冷媒が蒸発しにくく、従って、この室内熱交換器内での冷媒圧力が低下してしまう。このため、外気温が低い状態で冷房運転を実施すると、室内熱交換器に結氷が発生し易い。この結氷が成長すると、室内熱交換器が故障したり、室内熱交換器における冷媒の蒸発が不充分となって圧縮機に液バックが生じ、圧縮機が故障する恐れがある。
【０００６】
そこで、室外気温が低い状態での冷房運転時には、室内熱交換器に結氷が生じ始めた時に圧縮機を停止して、上述の不都合を回避している。しかし、このような空気調和装置の制御では、冷房運転を連続して実施できないので、安定した冷房効果を達成できない。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、非共沸混合冷媒を採用しても、室外気温が低い状態での冷房運転時に、室内熱交換器における結氷の発生を抑制して安定した冷房効果を発揮できる空気調和装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器及びアキュムレータが順次接続されてループ状の冷媒回路を構成し、この冷媒回路内に非共沸混合冷媒を充填させて、上記四方弁の動作によって冷房運転時と暖房運転時とで上記非共沸混合冷媒の流れを反転させるようにした空気調和装置において、室外気温が低い状態での冷暖房運転時に、上記非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒を上記アキュムレータ内に貯留し、沸点の低い冷媒を上記冷媒回路内で循環させるよう構成され、上記アキュムレータへの沸点の高い冷媒の貯留は、室内熱交換器内を流れる冷媒の温度が第一の所定温度以下となったときに、減圧機構としての膨張弁の弁開度を増大させ、さらに、上記室内熱交換器内を流れる冷媒の温度が、第一の所定温度よりも低い第二の所定温度以下となったときには、上記室内熱交換器へ送風する室内ファンの回転数を増大させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明には、次の作用がある。
【００１２】
室外気温が低い状態での冷房運転時に、非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒がアキュムレータ内に貯留され、沸点の低い冷媒が冷媒回路内を循環することから、この冷房運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器内で冷媒が蒸発し易くなり、従って、この室内熱交換器内での冷媒圧力が上昇するので、室外気温が低い状態での冷房運転時に、室内熱交換器において結氷の発生が抑制される。このため、結氷の発生時に室内熱交換器の故障や液バックによる圧縮機の故障を防止するためになされる圧縮機の停止頻度を著しく低減できるので、非共沸混合冷媒を採用した場合でも、室外気温が低いときに、連続した冷房運転を実現できる。この結果、安定した冷房効果を発揮でき、良好な快適性を達成できる。
【００１３】
また、室外気温が低い状態での冷房運転の際に、アキュムレータ内に沸点の高い冷媒を積極的に貯留させることから、冷媒回路において、アキュムレータへの冷媒貯留を回避するために設置されるレシーバタンクが不要となり、併せて、このレシーバタンクの設置により必要とされた室外熱交換器近傍の減圧機構も廃止できる。これらの結果、冷媒回路を簡素化でき、コストを低減できる。
【００１５】
また、室内熱交換器へ送風する室内ファンの回転数が増大されたときには、室内熱交換器内を流れる冷媒が蒸発し易くなり、この室内熱交換器の冷媒圧力が上昇して冷媒温度も上昇する。この結果、非共沸混合冷媒のうち沸点の低い冷媒を循環させることによって、蒸発器としての室内熱交換器内で冷媒圧力を上昇させ、これにより、この室内熱交換器における結氷の発生を抑制する効果を相俟って、この室内熱交換器における結氷の発生をより確実に抑制できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る空気調和装置の一実施の形態における冷媒回路を示す回路図である。
【００１８】
この図１に示すように、ヒートポンプ式空気調和装置１０は、室外機１１、室内機１２及び制御装置１３を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２の室内冷媒配管１５とが連結されている。
【００１９】
室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４に圧縮機１６が配設されるとともに、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側に四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９が配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。
【００２０】
一方、室内機１２は室内に設置され、室内冷媒配管１５に室内熱交換器２１が配設されるとともに、室内冷媒配管１５において室内熱交換器２１の近傍に、減圧機構としての膨張弁２２が配設されて構成される。上記室内熱交換器２１には、この室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２３が隣接して配置されている。
【００２１】
室外冷媒配管１４と室内冷媒配管１５とが接続されることにより、アキュムレータ１７、圧縮機１６、四方弁１８、室外熱交換器１９、膨張弁２２及び室内熱交換器２１が順次接続され、この室内熱交換器２１に四方弁１８を介してアキュムレータ１７が接続されて、空気調和装置１０はループ状の冷媒回路９を構成する。
【００２２】
また、上記制御装置１３は、室外機１１及び室内機１２の運転を制御し、具体的には、室外機１１の圧縮機１６、四方弁１８及び室外ファン２０、並びに室内機１２の膨張弁２２及び室内ファン２３をそれぞれ制御する。
【００２３】
制御装置１３により四方弁１８が切り替えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１が蒸発器になって冷房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を冷房する。また、制御装置１３が四方弁１８を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１が凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を暖房する。
【００２４】
又、制御装置１３は、冷房運転時及び暖房運転時に、膨張弁２２の弁開度、並びに室外ファン２０及び室内ファン２３の回転数を空調負荷に応じて制御する。更に、制御装置１３は、冷房運転時においては、膨張弁２２の開度、室外ファン２０及び室内ファン２３の回転数を後述のごとく調節して、低外気温冷房制御を実行する。この低外気温冷房制御は、冬期のように、室外気温が低い状態のときに実施される冷房運転制御である。
【００２５】
ここで、上記冷媒は、沸点の異なる複数の冷媒が混合されて構成された非共沸混合冷媒である。この非共沸混合冷媒としての例えばＲ４０７Ｃは、Ｒ１３４ａを５２Ｗｔ％、Ｒ１２５を２５Ｗｔ％、Ｒ３２を２３Ｗｔ％で混同した三種混合冷媒である。これらの各冷媒の沸点は、Ｒ１３４ａが−２６℃、Ｒ１２５が−４８℃、Ｒ３２が−５２℃である。従って、Ｒ１２５及びＲ３２は、比較的沸点が低いので蒸発し易く、Ｒ１３４ａは沸点が高いので蒸発しにくい。
【００２６】
上記制御装置１３は、冷房運転時に、次に述べる低外気温冷房制御を実行して、上述の非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒（Ｒ１３４ａ）をアキュムレータ１７内に貯留させ、沸点の低い冷媒（Ｒ１２５及びＲ３２）を冷媒回路９内で循環させて、この冷媒回路９内を循環する冷媒の組成を変化させる。
【００２７】
この低外気温冷房制御を実行する前提として、制御装置１３には、室外気温センサ２４により検出された、室外熱交換器１９への吸込空気温度（つまり室外気温）が入力される。また、室内熱交換器２１における入口と出口の中間位置を流れる冷媒の温度（つまり室内熱交換器冷媒温度）が室内熱交換器温度センサ２７にて検出され、この室内熱交換器冷媒温度が制御装置１３に入力される。
【００２８】
制御装置１３は、冷房運転時において、低外気温冷房制御として、図２に示すように、まず冷房運転開始時に、室外気温センサ２４を用いて室外気温を検出し（Ｓ１）、室外ファン２０の回転数を複数段階（例えば３段階）のうちから、上述のごとく検出された室外気温に対応した回転数に決定する（Ｓ２）。
【００２９】
室外ファン２０の回転数は、大きな方から順次強風、中風、弱風と区分されている。制御装置１３は、室外ファン２０の回転数を、例えば、室外気温が２５℃以上では強風に、室外気温が７〜２５℃では中風に、室外気温が７℃以下では弱風にそれぞれ設定する。
【００３０】
室外気温が低い場合に、室外ファン２０の回転数を減少させることによって、凝縮器として機能する室外熱交換器１９内で冷媒が凝縮しにくくなり、この室外熱交換器１９内での冷媒圧力が上昇して冷媒温度も上昇する。この結果、蒸発器として機能する室内熱交換器２１内での冷媒圧力が上昇して冷媒温度も上昇し、この室内熱交換器２１に結氷が発生することが抑制される。
【００３１】
次に、制御装置１３は、室内熱交換器温度センサ２７にて検出された室内熱交換器冷媒温度が、第一の所定温度として例えば１℃以下になったか否かを判断し（Ｓ３）、なった場合には、膨張弁２２の弁開度を通常開度よりも増大させる（Ｓ４）。例えば、膨張弁２２の弁開度を６０ＳＴＥＰ／３０ＳＥＣに設定する。
【００３２】
このように、膨張弁２２の弁開度を増大させることによって、冷媒回路９内を循環する冷媒量が増加し、非共沸混合冷媒としてのＲ４０７Ｃのうち、沸点が高く、蒸発しにくい冷媒（Ｒ１３４ａ）がアキュムレータ１７内に貯留される。従って、沸点が低く、蒸発し易い冷媒（Ｒ１２５及びＲ３２）が冷媒回路９内を循環することになり、冷媒回路９内を循環する冷媒の組成が変化する。この結果、室内熱交換器２１内での冷媒の蒸発が促進され、この室内熱交換器２１内における冷媒圧力が上昇して、この室内熱交換器２１における結氷の発生が抑制される。
【００３３】
また、このように膨張弁２２の弁開度が増大されることによって、この膨張弁２２による冷媒の減圧の程度が減少する。このことからも、室内熱交換器２１内での冷媒圧力が上昇し、冷媒温度も上昇して、室内熱交換器２１における結氷の発生が一層抑制される。
【００３４】
更に、制御装置１３は、室内熱交換器温度センサ２７にて検出された室内熱交換器冷媒温度が、上記第一の所定温度よりも低い第二の所定温度、例えば０℃以下となったか否かを判断する（Ｓ５）。上記室内熱交換器冷媒温度が０℃以下になったときに、制御装置１３は、室内ファン２３の回転数を増大させるよう制御する（Ｓ６）。室内ファン２３の回転数が、大きな方から順次強風、中風、弱風と区分されているときには、制御装置１３は例えば、室内ファン２３の回転数を弱風から中風に設定する。
【００３５】
室内ファン２３の回転数が増大されることにより、室内熱交換器２１内で冷媒が蒸発し易くなるので、この室内熱交換器２１内での冷媒圧力が上昇し、冷媒温度が上昇して、この室内熱交換器２１における結氷の発生が抑制される。この結氷抑制効果は、室内熱交換器２１内を流れる冷媒が沸点の低い冷媒（Ｒ１２５及びＲ３５）であることによる前述の結氷抑制効果を、更に促進するものとなる。
【００３６】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果▲１▼〜▲３▼を奏する。
【００３７】
▲１▼室外気温が低い状態での冷房運転時に、非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒がアキュムレータ１７内に貯留され、沸点の低い冷媒が冷媒回路９内を循環することから、この冷房運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器２１内で冷媒が蒸発し易くなり、従って、この室内熱交換器２１内での冷媒圧力が上昇するので、室外気温が低い状態での冷房運転時に、室内熱交換器２１において結氷の発生が抑制される。このため、結氷の発生時に室内熱交換器２１の故障や液バックによる圧縮機１６の故障を防止するためになされる圧縮機１６の停止頻度を著しく低減できるので、非共沸混合冷媒を採用した場合でも、室外気温が低い時に連続した冷房運転を実現できる。この結果、安定した冷房効果を発揮でき、良好な快適性を達成できる。
【００３８】
▲２▼室外気温が低い状態での冷房運転の際に、アキュムレータ１７内に沸点の高い冷媒を積極的に貯留させることから、冷媒回路９において、アキュムレータ１７への冷媒貯留を回避するために設置されるレシーバタンクが不要となり、併せて、このレシーバタンクの設置により必要とされた室外熱交換器１９近傍の膨張弁等の減圧機構も廃止できる。これらの結果、冷媒回路９を簡素化でき、空気調和装置１０のコストを低減できる。
【００３９】
▲３▼室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２３の回転数が増大されたときには、室内熱交換器２１内を流れる冷媒が蒸発し易くなり、この室内熱交換器２１内の冷媒圧力が上昇して冷媒温度も上昇する。この結果、非共沸混合冷媒のうち沸点の低い冷媒を循環させることによって、室内熱交換器２１内で冷媒圧力を上昇させ、これにより、この室内熱交換器２１における結氷の発生を抑制する前記▲１▼の効果と相俟って、この室内熱交換器２１における結氷の発生をより確実に抑制できる。
【００４０】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】
例えば、上記実施の形態では、非共沸混合冷媒としてＲ４０７Ｃの場合を述べたが、Ｒ４１０Ａなど他の種類の非共沸混合冷媒にも本発明を適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る空気調和装置によれば、冷媒回路内に非共沸混合冷媒が循環する空気調和装置において、室外気温が低い状態での冷房運転時に、非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒をアキュムレータに貯留し、沸点の低い冷媒を冷媒回路内で循環させることから、非共沸混合冷媒を採用しても、室外気温が低い状態での冷房運転時に室内熱交換器における結氷の発生を抑制して、安定した冷房効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の一実施の形態における冷媒回路を示す回路図である。
【図２】図１の空気調和装置における冷房運転時の低外気温冷房制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
９ 冷媒回路
１０ 空気調和装置
１６ 圧縮機
１７ アキュムレータ
１９ 室外熱交換器
２１ 室内熱交換器
２２ 膨張弁（減圧機構）
２３ 室内ファン
２４ 室外気温センサ
２７ 室内熱交換器温度センサ

Claims (1)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器及びアキュムレータが順次接続されてループ状の冷媒回路を構成し、
   この冷媒回路内に非共沸混合冷媒を充填させて、上記四方弁の動作によって冷房運転時と暖房運転時とで上記非共沸混合冷媒の流れを反転させるようにした空気調和装置において、
   室外気温が低い状態での冷房運転時に、上記非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒を上記アキュムレータ内に貯留し、沸点の低い冷媒を上記冷媒回路内で循環させるよう構成され、
   上記アキュムレータへの沸点の高い冷媒の貯留は、室内熱交換器内を流れる冷媒の温度が第一の所定温度以下となったときに、減圧機構としての膨張弁の弁開度を増大させ、さらに、上記室内熱交換器内を流れる冷媒の温度が、第一の所定温度よりも低い第二の所定温度以下となったときには、上記室内熱交換器へ送風する室内ファンの回転数を増大させることを特徴とする空気調和装置。

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