JP5452342B2 - 室外機及び室内機並びに空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器（凝縮器）で高圧冷媒の飽和温度を検出し、圧力センサを使用せずに圧縮機吐出側の高圧圧力を推定する空気調和機に関する。

空気調和機において、圧縮機吐出側の高圧圧力を検知し、高圧圧力の異常上昇の抑制による圧縮機信頼性の確保や、ファンや室外膨張弁を動作させ空気温度に見合った適正な圧力に制御することでユーザーの快適性を確保する。しかし、圧力センサは高価なため製品の原価がアップする問題が生じる。

例えば、冷房運転において、圧力センサの代わりに圧縮機吐出側に配置される室外熱交換器に取り付けた温度センサにより検知している温度を使用し圧力を推定する方法がある。圧力の推定に使用する温度センサとして、暖房運転時の着霜状態の検知に使用している室外熱交換器の液配管に取り付けられた温度センサ（以下室外液管温度センサと呼ぶ）で兼用するのが一般的である。冷房運転において室外熱交換器は凝縮器となり、室外液管温度センサは室外熱交換器出口側の凝縮後の冷媒温度を検知している。凝縮しやすい温度条件や、冷媒循環量の多い運転において過冷却が生じ、圧縮機吐出側の高圧圧力と同等の飽和圧力に対する飽和温度に対し、低い温度を検知している。そのため、圧縮機吐出側の高圧圧力に対し、低い圧力を推定してしまう。その際、実際の高圧圧力は推定した圧力より上昇しているため、高圧圧力状態での運転継続による圧縮機寿命低下や冷房能力過多による冷風感，高圧圧力異常上昇の抑制遅れによる空調機停止が生じ、製品の信頼性やユーザーの快適性の低下が問題となる。

そこで、特許文献１では、室外熱交換器の出口側ではなく、室外熱交換器内の冷媒通路途中の熱交換器中間部温度を検知し圧力を推定している。これにより、室外液管温度センサよりも飽和温度に近い温度を検知することができるため、圧力推定の精度は向上する。

特許第３９３９２９２号公報

特許文献１のものでは、熱交換器前で分配された１本の伝熱管を１分配とすると、熱交換器を通過する１分配あたりの伝熱管長さが各分配で同一として圧力損失を同等とする必要があり、熱交換器中間部の温度センサを伝熱管の中央とすることが望ましい。しかし、冷却能力を大きくするために熱交換器を大きくする場合は、伝熱管の本数を増やしたり、伝熱管を長くすることにより、熱交換器を通過する１分配あたりの伝熱管が長くなるため圧力損失が増加する。このため、熱交換器中間部の温度は凝縮しやすい温度条件や冷媒循環量の多い運転においては過冷却が生じ、室外液管温度センサを使用した場合と結局同様の運転になるという課題がある。

本発明の目的は、熱交換器の温度センサを用いて、圧縮機吐出側の高圧圧力を精度よく検知することである。

前述の目的を達成するために、本発明では、圧縮機，室外熱交換器，室外膨張弁を有する室外機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、前記圧縮機から前記室外熱交換器にガス冷媒を流入させるガス配管が複数に分配され、前記複数に分配されたガス配管のうち少なくとも１つの分配を分岐させることで、前記室外熱交換器に１つの分配につき２箇所からガス冷媒を流入させ、流入したガス冷媒が気液２相に凝縮する部分で前記分岐した分配のガス配管を合流させた後に前記室外熱交換器の１箇所から流出させる流路を備え、該流路の気液２相冷媒となる部分に冷媒の温度を検知するための温度センサを備えたことを特徴とする。

また、圧縮機，室外熱交換器，室外膨張弁，室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した空気調和機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、前記圧縮機から前記室外熱交換器にガス冷媒を流入させるガス配管が複数に分配され、前記複数に分配されたガス配管のうち少なくとも１つの分配を分岐させることで、前記室外熱交換器に１つの分配につき２箇所からガス冷媒を流入させ、気液２相に凝縮する部分で前記分岐した分配のガス配管を合流させた後に前記室外熱交換器の１箇所から流出させる流路を備え、該流路の気液２相冷媒となる部分に冷媒の温度を検知するための温度センサを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機吐出側の高圧圧力を精度よく検知することができる。

実施例１の空気調和機の全体構成図である。 実施例１の熱交換器の構成である。 従来の冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。 実施例１の冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図である。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本実施例の空気調和機を図１及び図２を用いて説明する。

まず、図１は本実施例の空気調和機５０の全体構成図である。室外機５１は、圧縮機１，四方弁２，室外熱交換器３，室外膨張弁４，室外ファン７等を具備している。室内機５２は室内熱交換器５，室内ファン８等を具備する。室外機５１と室内機５２はガス接続配管５３と液接続配管５４で接続され冷凍サイクルを構成する。制御装置１６は、空気調和機５０を構成する機器の制御を行う。

制御装置１６が圧縮機１の運転を制御する。四方弁２は、この圧縮機１から吐出された冷媒の流れ方向及び圧縮機１へ吸い込まれる冷媒の流れ方向を切換える弁である。この四方弁２は、制御装置１６により、冷房運転時に実線に示す流路を形成し、暖房運転時に点線で示す流路を形成するように制御される。

次に、図２は本実施例の室外熱交換器３又は室内熱交換器５を示す。室外熱交換器３又は室内熱交換器５は狭い間隔で並置された多数枚のプレート状フィン２１ａ，２１ｂと、これらのフィンを貫通するＵ字型の伝熱管２２ａ，２２ｂと、Ｕ字型の伝熱管２２ａ，２２ｂの端部に曲げパイプ２３と、三又状パイプ２４とを接続し、蛇行状の冷媒配管を形成したプレートフィン型熱交換器として構成されている。ここではプレート状フィンが２列の場合を示しているが３列以上となった場合も同様である。ファンにより熱交換器に空気を通風し、冷媒配管内を流れる冷媒が空気から熱を奪う、または空気から熱を与えることにより熱交換される。

冷凍サイクル運転について説明する。圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒は、冷房運転の場合、実線矢印に示すように、四方弁２を経由して、室外熱交換器３に至り、室外熱交換器３により凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、室外膨張弁４，液阻止弁１２及び液接続配管５４を通って室内機５２に至り、室内熱交換器５の前で減圧されて低圧のガス液混合冷媒となる。この減圧された冷媒は、室内熱交換器５で蒸発され、ガス冷媒となってガス接続配管５３を通って圧縮機１に戻る。暖房運転の場合は点線矢印で示され、冷媒流れ方向は逆となる。いずれも圧縮機１から吐出したあと冷媒が入る熱交換器が凝縮器として作用し、冷房運転の場合は室外熱交換器３、暖房運転の場合は室内熱交換器５が凝縮器となる。

図２は熱交換器が圧縮機吐出後に配置される凝縮器として作用する場合の冷媒の流れを示す。熱交換器は冷媒が通過する際の抵抗が大きいため、複数に分配して冷媒を熱交換器に流入させ、熱交換器から流出させている。冷媒が熱交換器に流入して、冷媒配管を通って熱交換器を通過し、熱交換器を流出するまでを１分配とし、図２はその１分配を示している（例えばａ点からｂ点）。ガス冷媒が流れる１分配のガス配管２５に対し、熱交換器の２箇所から冷媒を流入させる。冷媒は空気と熱交換をしながら冷媒配管を通過し気液２相の飽和状態となる。熱交換器の入口から出口までの冷媒配管の途中であって、冷媒が気液２相の飽和状態となるところに三又状パイプ２４を設ける。ここで、２箇所から流入した冷媒を合流させ、さらに熱交換しながら冷媒配管を通過し１箇所から流出させる。液の割合が多い冷媒が流れる液配管２６の配管サイズを調整することで、１分配あたりに循環する冷媒量を調整することができ、圧力損失が小さい気液２相状態になったところで合流させ流出させることができる。

図３（ａ）は従来の冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図を示す。温度線の低エンタルピ側が過冷却域、高エンタルピ側が過熱域であり、これらの間が飽和域である。熱交換器で凝縮すると、圧力は配管による圧力損失分のみ減少するだけだが、温度が大きく変化する。従来は、飽和温度に対して大きく低下した過冷却状態の冷媒温度を測定するため、その温度に相当する飽和圧力と実際の吐出圧力との誤差が大きくなり推定する精度が悪くなっていた。また、過冷却する場合としない場合もあるため、推定値を安定して補正することが困難であった。

図３（ｂ）は本実施例の冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図を示す。本実施例では、熱交換器での凝縮中であって、飽和域での温度を検知する。過冷却域で測定する場合と異なり、飽和域では測定した温度に対応する圧力（飽和圧力）を決定することができる。配管を流れることにより圧力損失が生じ、飽和圧力は吐出圧力から圧力損失分だけ減少するほぼ一定の関係となっており、精度良く圧力を推定することが可能となる。

即ち、本実施例によれば、圧力損失の大きなガス冷媒を１分配につき２箇所に分けて熱交換器に流入させることにより圧力損失を小さくすることができる。また、２箇所で流入させた冷媒を途中で合流させてから流出させることで、配管の途中に飽和状態の気液２相冷媒を作り出すことができる。この気液２相冷媒となる部分を合流部とし、そこに温度センサ６を取り付けることで高圧冷媒の飽和温度を検知できる。この検知温度を制御装置１６に取り込み圧力に換算することにより圧縮機吐出側の高圧圧力を推定することが可能となる。

測定した温度が所定値よりも高い場合、つまり温度から換算した圧力値が所定値よりも高くなると、圧縮機１の回転数を下げるように制御装置１６は圧縮機１に指令を出す。圧縮機１の他に室外ファン７（暖房運転時は室内ファン８）の回転数を上げるように指令を出して室外熱交換器３（暖房運転時は室内熱交換器５）での熱交換を促進してもよい。これらによれば、圧縮機１の高圧圧力が所定値を超えた場合でも、高圧圧力を下げることができるので、圧縮機１が故障しにくくなる。本実施例では、三又状パイプ２４に温度センサ６を設けているが、気液２相冷媒となる部分に温度センサ６を設けるものであればよい。三又状パイプ２４は積層されたプレート状フィン２１ａ，２１ｂの外側なので温度センサ６を取り付け易い。さらに２箇所流入により合流部までの圧力損失を半分にしているため、凝縮しやすい温度条件や、冷媒循環量の多い運転においても、１分配につき１箇所から流入させる１流入１流出の場合より過冷却しにくく確実に飽和温度を検知することができるので、精度よく高圧圧力を推定することができる。２流入１流出の分配とする流路は少なくとも１つ備えていればよく、他に、２流入１流出ではない分配（１流入１流出）を併せて備えていてもよい。また、２流入１流出の分配を複数形成することも可能である。２流入１流出の分配を複数形成した場合は、温度センサ６は１箇所のみでよく、どの合流部に取り付けるかは生産性を考慮し決定しても問題はない。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 室外膨張弁
５ 室内熱交換器
６ 温度センサ
７ 室外ファン
８ 室内ファン
１１ ガス阻止弁
１２ 液阻止弁
１６ 制御装置
２１ａ，２１ｂ プレート状フィン
２２ａ，２２ｂ 伝熱管
２３ 曲げパイプ
２４ 三又状パイプ
２５ ガス配管
２６ 液配管
５０ 空気調和機
５１ 室外機
５２ 室内機
５３ ガス接続配管（冷媒配管）
５４ 液接続配管（冷媒配管）

Claims (6)

1. 圧縮機，室外熱交換器，室外膨張弁を有する室外機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、前記圧縮機から前記室外熱交換器にガス冷媒を流入させるガス配管が複数に分配され、前記複数に分配されたガス配管のうち少なくとも１つの分配を分岐させることで、前記室外熱交換器に１つの分配につき２箇所からガス冷媒を流入させ、気液２相に凝縮する部分で前記分岐した分配のガス配管を合流させた後に前記室外熱交換器の１箇所から流出させる流路を備え、該流路の気液２相冷媒となる部分に冷媒の温度を検知するための温度センサを備えたことを特徴とする室外機。
2. 圧縮機，室外熱交換器，室外膨張弁，室内熱交換器を順次冷媒配管で接続した空気調和機において、前記室外熱交換器が凝縮器として作用する場合に、前記圧縮機から前記室外熱交換器にガス冷媒を流入させるガス配管が複数に分配され、前記複数に分配されたガス配管のうち少なくとも１つの分配を分岐させることで、前記室外熱交換器に１つの分配につき２箇所からガス冷媒を流入させ、気液２相に凝縮する部分で前記分岐した分配のガス配管を合流させた後に前記室外熱交換器の１箇所から流出させる流路を備え、該流路の気液２相冷媒となる部分に冷媒の温度を検知するための温度センサを備えたことを特徴とする空気調和機。
3. 請求項２において、前記温度センサにより検知された温度が所定値よりも高い場合、前記圧縮機の回転数を下げることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項２において、前記室外熱交換器に風を送る室外ファンを備え、前記温度センサにより検知された温度が所定値よりも高い場合、前記室外ファンの回転数を上げることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項２乃至４の何れかにおいて、前記合流部分を三又状パイプで構成することを特徴とする空気調和機。
6. 室内熱交換器を有する室内機において、前記室内熱交換器が凝縮器として作用する場合に、前記圧縮機から前記室外熱交換器にガス冷媒を流入させるガス配管が複数に分配され、前記複数に分配されたガス配管のうち少なくとも１つの分配を分岐させることで、前記室内熱交換器に１つの分配につき２箇所からガス冷媒を流入させ、気液２相に凝縮する部分で前記分岐した分配のガス配管を合流させた後に前記室内熱交換器の１箇所から流出させる流路を備え、該流路の気液２相冷媒となる部分に冷媒の温度を検知するための温度センサを備えたことを特徴とする室内機。

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