JP5357418B2 - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents
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Description
すなわち、特許文献1には、室外熱交換器の下部に凍結防止コイルを設け、暖房時およびデフロスト時、この凍結防止コイルに冷媒貯留タンクから導出される中間圧のガス冷媒または液冷媒を導入するようにしたものが記載されている。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ式空気調和機は、少なくとも圧縮機、四方切換弁、室外熱交換器、室外電動膨張弁、室内電動膨張弁および室内熱交換器を順次接続して冷凍サイクルを構成するとともに、前記冷凍サイクルに、サイクル中の液冷媒の一部を蒸発させ、その蒸発潜熱により前記液冷媒を冷却し、蒸発した中間圧冷媒を前記圧縮機の中間吸入口に注入するガスインジェクション回路を設けたヒートポンプ式空気調和機において、前記室外熱交換器の下部に凍結防止機能付き補助熱交換器を設けるとともに、該補助熱交換器に前記ガスインジェクション回路で蒸発された中間圧冷媒を切換弁により切り換え導入した後、その冷媒を前記圧縮機の中間吸入口に導く液化インジェクション回路を接続したことを特徴とする。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1および図2を用いて説明する。
図1および図2には、本発明の第1実施形態にかかるヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図が示されており、図1は冷房サイクル、図2は暖房サイクルを示す。なお、ここでは、室内ユニットが複数台並列に接続されたマルチ形ヒートポンプ式空気調和機1が示されている。マルチ形ヒートポンプ式空気調和機1は、1台の室外ユニット2と、この室外ユニット2から導出される冷媒ガス管4および冷媒液管5と、この冷媒ガス管4と冷媒液管5との間に並列に接続される複数台の室内ユニット7A,7Bとから構成されている。室内ユニット7A,7Bは、2台に限らず、3台以上適宜の台数を接続できることはもちろんである。
圧縮機21により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、図1中に矢印で示すように、吐出配管32Aに吐出された後、四方切換弁22によってガス配管32B側に循環され、室外熱交換器23で図示省略の室外ファンにより送風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、液配管32Cにより室外電動膨張弁25を通過した後、ブリッジ回路27を経てレシーバ28に導かれ、内部に貯留されて循環量が調整される。レシーバ28から流出された液冷媒は、液配管32Cを経て中間熱交換器29を通過する過程で、液配管32Cから一部分流され、電動膨張弁(EEVSC)30で断熱膨張された中間圧冷媒と熱交換されて冷却される。これにより、液冷媒には所定の過冷却が付与され、ブリッジ回路27および液配管32Cを経て室外ユニット2から冷媒液管5へと導出される。冷媒液管5に導出された液冷媒は、図示省略の分岐器により各室内ユニット7A,7Bの分岐液配管5Aへと分流される。
圧縮機21により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、図2中に矢印で示すように、吐出配管32Aに吐出された後、四方切換弁22によりガス配管32D側に循環される。この冷媒は、冷媒ガス管4を経て室外ユニット2から導出され、さらに冷媒ガス管4に分岐器を介して接続されている分岐ガス配管4Aを経て各室内ユニット7A,7Bへと導入される。各室内ユニット7A,7Bに導入された高温高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器71で図示省略の室内ファンによって循環される室内空気と熱交換され、室内空気は加熱されて室内の暖房に供される。一方、室内空気との熱交換により凝縮液化された液冷媒は、室内電動膨張弁(EEVC)72、分岐液配管5Aを経て、他の室内ユニット7A,7Bからの冷媒と合流された後、冷媒液管5を経て室外ユニット2に戻る。なお、暖房時、室内ユニット7A,7Bでは、凝縮器として機能する室内熱交換器71の出口における冷媒の過冷却度が一定値となるよう、室内電動膨張弁(EEVC)72の開度が制御される。
ガスインジェクションによるエコノマイザ効果によって、公知の如く能力および性能を共に向上させることができるのみならず、暖房時およびデフロスト時に、室外熱交換器23の下部に設けられている補助熱交換器24をガスインジェクション回路33で蒸発した中間圧冷媒の凝縮器として機能させることができるため、その放熱によって室外熱交換器23の下部およびドレンパンを加温し、その凍結を防止することができる。また、補助熱交換器24で凝縮された気液二相または液冷媒を圧縮機21の中間吸入口21Aから液インジェクションすることができるため、暖房能力の更なる向上と冷媒吐出温度の効果的な抑制によって運転範囲の拡大を図ることができる。よって、ヒートポンプ式空気調和機1の高性能、高能力を維持しながら室外熱交換器23およびドレンパンの凍結を防止することができる。
次に、本発明の第2実施形態について、図3ないし図6を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、室外熱交換器23の下部に設けられる補助熱交換器24に対する冷媒流通回路が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
図3および図4には、本発明の第2実施形態にかかるヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図が示されており、図3は冷房サイクル、図4は暖房サイクルを示す。なお、本実施形態では、ブリッジ回路27が省略されており、ガスインジェクション回路33は冷房時のみ機能される構成とされている。
なお、図5は外気を水平方向から吸い込んで上方向へと吹き出すタイプの室内ユニット2に適用した構成、図6は外気を水平方向から吸い込んでそのまま水平方向へと吹き出すタイプの室内ユニット2に適用して構成である。
冷房時、開閉弁41は閉じられており、従ってバイパス回路43に冷媒が流通されることはなく、室外熱交換器23で凝縮された冷媒の一部は、過冷却コイル23Aを経て過冷却が付けられた後、室外電動膨張弁25(全開)をスルーしてレシーバ28に至り、他の一部は、逆止弁40を経て補助熱交換器24に至り、ここで過冷却が付けられた後、レシーバ28に流入される。このため、補助熱交換器24および過冷却コイル23Aによって凝縮冷媒を過冷却してレシーバ28に供給することができる。さらにガスインジェクション回路33を機能させ、ヒートポンプ式空気調和機1を高効率、高能力で運転しながら冷房を行うことができる。
ガスインジェクションによるエコノマイザ効果により、冷房時の能力および性能の向上を図ることができるのみならず、暖房時およびデフロスト時には、室外熱交換器23の下部に設けられている補助熱交換器24に常時高圧液冷媒を供給することができるため、高圧液冷媒からの放熱により室外熱交換器23の下部およびドレンパン44を加温し、その凍結を確実に防止することができる。また、補助熱交換器24に供給された高圧液冷媒をバイパス回路43により圧縮機21の吸入配管32E側に戻すようにしているため、補助熱交換器24に冷媒が滞留することによる凍結の発生や、室外熱交換器23側に過冷却冷媒を混入することによる吸熱量の低下等をなくすることができる。よって、ヒートポンプ式空気調和機1の高性能、高能力を維持しながら室外熱交換器23およびドレンパンの凍結を防止することができる。
次に、本発明の第3実施形態について、図7ないし図10を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1および第2実施形態に対して、室外熱交換器23の下部に設けられる補助熱交換器24に対する冷媒流通回路が異なっている。その他の点については、第1および第2実施形態と同様であるので説明は省略する。
図7ないし図10には、本発明の第3実施形態にかかるヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図が示されており、図7は冷房サイクル、図8は暖房サイクル、図9は暖房過負荷サイクル、図10はデフロストサイクルを示す。なお、本実施形態のヒートポンプ式空気調和機1では、ブリッジ回路27が省略されており、ガスインジェクション回路33は冷房時のみ機能される構成とされている。
冷房時、第1開閉弁50および第2開閉弁52が開、第3開閉弁54および第4開閉弁57が閉とされる。これにより、圧縮機21から吐出された高温高圧のホットガス冷媒の一部が、吐出配管32Aからホットガスバイパス回路53を経て補助熱交換器24に流入される。この冷媒は、補助熱交換器24において外気と熱交換されることにより凝縮液化された後、室外熱交換器23で凝縮された冷媒と液配管32Cで合流され、室外電動膨張弁25(全開)をスルーしてレシーバ28に流入される。こうして、冷房時には、補助熱交換器24を凝縮器として機能させながら、ヒートポンプ式空気調和機1を高能力、高効率で運転して冷房を行うことができる。
ガスインジェクションによるエコノマイザ効果により、冷房時の能力および性能の向上を図ることができるのみならず、冷房時、室外熱交換器23の下部に設けられている補助熱交換器24を凝縮器として機能させることができるため、凝縮性能を高めて冷房能力を向上させることができる。また、低外気温冷房時には、凝縮器としての機能を中断し、凝縮性能を抑えることができるため、高圧を所定圧力以上に維持して冷房運転を継続することができる。これにより、運転範囲を拡大することができる。また、暖房時には補助熱交換器24を蒸発器として機能させ、暖房過負荷条件下では放熱器として機能させることができるため、暖房能力の向上とその調整に利用することができる。さらに、デフロスト時には補助熱交換器24を放熱器として機能させることができるため、室外熱交換器23の下部およびドレンパンを加温し、その凍結を確実に防止することができる。よって、ヒートポンプ式空気調和機1の高性能、高能力を維持しながら室外熱交換器23およびドレンパンの凍結を防止することができる。
3 冷凍サイクル
21 圧縮機
21A 中間吸入口
22 四方切換弁
23 室外熱交換器
23A 過冷却コイル
24 補助熱交換器
25 室外電動膨張弁
29 中間熱交換器
33 ガスインジェクション回路
34,35 電磁切換弁(切換弁)
36 液化インジェクション回路
40 逆止弁
41 開閉弁
42 冷媒調整絞り
43 バイパス回路
50 第1開閉弁
52 第2開閉弁
53 ホットガスバイパス回路
54 第3開閉弁
55 冷媒調整絞り
56 第1バイパス回路
57 第4開閉弁
58 第2バイパス回路
71 室内熱交換器
72 室内電動膨張弁
Claims (6)
- 少なくとも圧縮機、四方切換弁、室外熱交換器、室外電動膨張弁、室内電動膨張弁および室内熱交換器を順次接続して冷凍サイクルを構成するとともに、
前記冷凍サイクルに、サイクル中の液冷媒の一部を蒸発させ、その蒸発潜熱により前記液冷媒を冷却し、蒸発した中間圧冷媒を前記圧縮機の中間吸入口に注入するガスインジェクション回路を設けたヒートポンプ式空気調和機において、
前記室外熱交換器の下部に凍結防止機能付き補助熱交換器を設けるとともに、
該補助熱交換器に前記ガスインジェクション回路で蒸発された中間圧冷媒を切換弁により切り換え導入した後、その冷媒を前記圧縮機の中間吸入口に導く液化インジェクション回路を接続したことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。 - 少なくとも圧縮機、四方切換弁、室外熱交換器、室外電動膨張弁、室内電動膨張弁および室内熱交換器を順次接続して冷凍サイクルを構成するとともに、
前記冷凍サイクルに、サイクル中の液冷媒の一部を蒸発させ、その蒸発潜熱により前記液冷媒を冷却し、蒸発した中間圧冷媒を前記圧縮機の中間吸入口に注入するガスインジェクション回路を設けたヒートポンプ式空気調和機において、
前記室外熱交換器の下部に凍結防止機能付き補助熱交換器を設けるとともに、
該補助熱交換器を前記室外電動膨張弁に対して並列に前記室外熱交換器からの凝縮冷媒の流れを許容する逆止弁を介して接続し、該逆止弁と前記補助熱交換器との間と前記圧縮機の吸入配管との間に、開閉弁を備えたバイパス回路を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。 - 前記バイパス回路には、冷媒調整絞りが設けられていることを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプ式空気調和機。
- 前記室外熱交換器と前記室外電動膨張弁との間には、前記逆止弁および前記補助熱交換器に対して並列に過冷却コイルが設けられていることを特徴とする請求項2または3に記載のヒートポンプ式空気調和機。
- 少なくとも圧縮機、四方切換弁、室外熱交換器、室外電動膨張弁、室内電動膨張弁および室内熱交換器を順次接続して冷凍サイクルを構成するとともに、
前記冷凍サイクルに、サイクル中の液冷媒の一部を蒸発させ、その蒸発潜熱により前記液冷媒を冷却し、蒸発した中間圧冷媒を前記圧縮機の中間吸入口に注入するガスインジェクション回路を設けたヒートポンプ式空気調和機において、
前記室外熱交換器の下部に凍結防止機能付き補助熱交換器を設けるとともに、
該補助熱交換器に前記圧縮機から吐出されたホットガスの一部を第1開閉弁を介して導入し、その冷媒を第2開閉弁を介して前記室外熱交換器と前記室外電動膨張弁との間へと導くホットガスバイパス回路と、
暖房時、前記室外電動膨張弁と前記室外熱交換器との間の冷媒を前記第2開閉弁、前記補助熱交換器、第3開閉弁、および冷媒調整絞りを経て前記圧縮機の吸入配管に導く第1バイパス回路と、
暖房時またはデフロスト時、前記第1開閉弁を介して導入されたホットガスを前記補助熱交換器で凝縮し、第4開閉弁、および前記冷媒調整絞りを経て前記圧縮機の吸入配管に導く第2バイパス回路と、を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。 - 前記第1バイパス回路および前記第2バイパス回路には、共用の冷媒調整絞りが設けられていることを特徴とする請求項5に記載のヒートポンプ式空気調和機。
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