JP6404539B2

JP6404539B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6404539B2
Application number: JP2012088393A
Authority: JP
Inventors: 圭吾岡島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP2013217574A

Description

本発明は空気調和機に関するものである。

従来、冷媒を圧縮する圧縮機と、室外用電磁弁と、室外凝縮器と、絞り装置と、冷却器とを順次冷媒配管によって接続して冷凍サイクルを実行する空気調和機において、寝込み現象に伴う冷凍サイクル内の冷媒不足を解消し、液バックによる圧縮機のダメージの低減を図るために、圧縮機と室外用電磁弁との間から分岐し、室内用電磁弁、室内凝縮器及び室内凝縮器用逆止弁を順次冷媒配管によって接続して冷却器に合流するバイパス配管を設けた発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−７８２４２号公報（第４−８頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、冷却器に入る冷媒が、冷却器が吸い込む吸込空気（風）との間で熱交換し、吸熱する（温熱を受け取る）ために、冷却器の出口温度（圧縮機の吸入管の温度）が上昇し、過熱状態の冷媒が圧縮機に吸入される。このため、冷却器の吸込空気の温度が高い場合（以下「高外気条件」と称す）、吸入管の温度（以下「吸入管温度」と称す）が上昇するため、吸入管温度の上昇は圧縮機の巻線温度上昇につながり、圧縮機故障の原因となるという問題があった。

本発明は、前記問題を解決するためになされたもので、高外気条件であっても、圧縮機の吸入管温度の上昇を抑えることができる空気調和機を得るものである。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器において凝縮した冷媒を膨脹させる絞り装置と、該絞り装置において膨脹した冷媒を蒸発させる冷却器と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記絞り装置と前記冷却器と前記圧縮機とを順次連結する主配管と、前記絞り装置において膨脹した冷媒を、前記冷却器をバイパスして前記圧縮機に供給するための副配管と、該副配管に設置されたバルブと、前記副配管を流れる冷媒と前記凝縮器において凝縮した冷媒とが熱交換する熱交換器と、室内空気を前記冷却器と前記凝縮器に通過させる前記冷却器と前記凝縮器に共用のファンと、を有することを特徴とする。

本発明に係る空気調和機は、絞り装置において膨脹した冷媒（二相状態の冷媒）を、冷却器をバイパスして圧縮機に供給するための副配管と、副配管を流れる冷媒と凝縮器において凝縮した冷媒とが熱交換するための熱交換器と、を有するから、二相状態の冷媒が圧縮機に供給されるため、圧縮機の吸入管の温度が抑制され、圧縮機の巻線の温度上昇が抑制されることから、圧縮機が損傷する危険を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機を説明する冷媒回路構成図。図１に示す空気調和機の制御系を示すブロック図。図１に示す空気調和機の制御方法を説明するタイムチャート。本発明の実施の形態２に係る空気調和機を説明する冷媒回路構成図。図４に示す空気調和機の制御系を示すブロック図。図４に示す空気調和機の制御方法を説明するタイムチャート。

［実施の形態１］
図１〜図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機を説明するものであって、図１は冷媒回路構成図、図２は制御系を示すブロック図、図３は制御方法を説明するタイムチャートである。

（主配管）
図１において、空気調和機１０００は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１において圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、凝縮器２において凝縮した冷媒を膨脹させる絞り装置３と、絞り装置３において膨脹した冷媒を蒸発させる冷却器４、これらを順次連結して冷媒を循環させる主配管２０と、を有している。

（主配管）
主配管２０は、圧縮機１の出側と凝縮器２の入側を連結し、高圧の冷媒が流れる吐出配管２１と、凝縮器２の出側と絞り装置３の入側とを連結し、高圧の冷媒が流れる高圧配管２２と、絞り装置３の出側と冷却器４の入側とを連結し、低圧の二相冷媒が流れる低圧配管２３と、冷却器４の出側と圧縮機１の入側とを連結し、低圧のガス冷媒が流れるガス配管２４と、を総称したものである。

（副配管）
また、低圧配管２３の途中に分岐手段（以下「取り出し口」と称す）７と、ガス配管２４の途中に分岐手段（以下「取り込み口」と称す）８とが設けられ、取り出し口７と取り込み口８とが副配管（バイパス配管に同じ）３０によって連結され、副配管３０にはバルブ（以下「電磁弁」と称す）３１が設置されている。
さらに、高圧配管２２を流れる高圧冷媒と、副配管３０を流れる低圧冷媒との間で熱交換するための熱交換器（以下「過冷却熱交換器」と称す）６が設けられている。
なお、冷却器４における冷媒の蒸発（冷熱の放出）及び凝縮器２における冷媒の凝縮（温熱の放出）を促進するために、共用のファン５が備えられている。

（制御系）
さらに、ガス配管２４の取り込み口８と圧縮機１との間には、ガス配管２４を流れるガス冷媒の温度を検知するための温度センサー（以下「吸入管温度センサー」と称す）１０が設置され、吸入管温度センサー１０の検知情報はコントローラ９に入力される。
コントローラ９には、空気調和機１０００の運転を起動（ＯＮ）や停止（ＯＦＦ）するスイッチがある。

図２において、空気調和機１０００の制御系は、目標温度等の各種設定入力を行うための操作部１００と、吸入管温度センサー１０と、記憶部１０１およびマイクロコンピュータによって構成された制御部１０２と、を備えている。
制御部１０２は、ＣＰＵと各種データを記憶するＲＡＭと、運転モードの制御を行うためのプログラム等を記憶するＲＯＭと、を備え、ＲＯＭ内のプログラムに従って電磁弁３１の開閉を適宜制御し、吸入管温度を調整する。

（動作：電磁弁３１が閉のとき）
次に空気調和機１０００の動作について説明する。
圧縮機１から吐き出された高温・高圧のガス冷媒は、吐出配管２１を通り凝縮器２に入る。凝縮器２において、ガス冷媒は空気と熱交換（温熱を放出する）して液化する。液化した冷媒は、高圧配管２２を通って（正確には、過冷却熱交換器６を経由して）絞り装置３に流入し、絞り装置３において減圧されて気液二相冷媒になる。
そして、気液二相冷媒は、低圧配管２３を通って冷却器４に流入し、冷却器４において空気と熱交換（冷熱を放出する）してガス化する。さらに、ガス化した冷媒はガス配管２４を通り、圧縮機１の吸入側から吸い込まれて再び圧縮される。すなわち、かかる工程を繰り返すことによって、冷凍サイクルが実行される。
室内空気は冷却器４を通過する際に、冷却されて（冷熱を受け取り）露点以下となることで、室内空気の一部は冷却器４に結露し、冷却および減湿され、一方、凝縮器２を通過する際に、加温され（温熱を受け取り）、所定の温度で相対湿度の低い空気として室内に排出される。

（動作：電磁弁３１が開のとき）
一方、低圧配管２３の途中の取り出し口７から取り出された液化した冷媒（低圧かつ低温）は、電磁弁３１が開いているから、副配管３０に流れ込み、過冷却熱交換器６を経由して、ガス配管２４（圧縮機１の吸入側）に流入する。
過冷却熱交換器６では、高圧配管２２内の冷媒（高圧かつ高温）と副配管３０の冷媒（低圧かつ低温）とが熱交換し、高圧配管２２内の液冷媒に過冷却をつける。

（電磁弁３１の制御方法）
次に、図３に基づいて、電磁弁３１の開閉の制御方法の動作について説明する。
図３は、吸入管温度センサー１０が検出した吸入管温度に基づく電磁弁３１の開閉を説明する図である。
冷凍サイクルにおいて冷却器４に入る冷媒は、吸込空気（室内空気に同じ）の風と熱交換して吸熱する（温熱を受け取る）ために、吸入管温度（冷却器４を通過した後の冷媒温度に同じ）は上昇する。高外気条件（例えば、吸込空気温度が３０℃の場合）では、吸入管温度は３０℃以上となる。

そこで、例えば、操作部１００にて吸入管温度設定を３３℃、温度ディファレンシャルを２℃と設定した場合において、吸入管温度センサー１０が３５℃以上になったとき、電磁弁３１を開にして副配管３０へ冷媒（気液二相冷媒）を流し、吸入管温度を下げる。
さらに、一定時間後に吸入管温度センサー１０が検出した温度が３３℃以下になったところで、電磁弁３１を閉にして副配管３０へ冷媒（気液二相冷媒）の流入を停止する。
このとき、電磁弁３１の開閉に伴うハンチングを防止する為に温度ディファレンシャルを設ける。また、設置環境状況を考慮し、操作部１００にて温度ディファレンシャルの数値変更、吸入管温度センサー１０の設定を変更可能にしている。

（効果）
以上のように、空気調和機１０００は、絞り装置３において膨脹した冷媒（二相状態の冷媒）を、冷却器４をバイパスして圧縮機１に供給するための副配管３０と、副配管３０を流れる冷媒と凝縮器２において凝縮した冷媒とが熱交換するための過冷却熱交換器６と、を有するから、以下の効果が得られる。
（ｉ）電磁弁３１の開閉を実施することで、吸入管温度の上昇を抑制し、圧縮機１の巻線温度の上昇も抑制することができ、圧縮機１の損傷の危険を防止することができる。
（ｉｉ）また、湿り度の低下した冷媒が絞り装置３および冷却器４へ流入することで、過冷却した分の能力を冷却器４において確保することができるから、能力の低下を最小限に抑えることができる。
（ｉｉｉ）さらに、湿り度の低い冷媒を圧縮機１に戻すことで、液バックによる圧縮機冷凍機油のフォーミング、圧縮機冷凍機油の圧縮機１の外への持ち出しを防ぎ、圧縮機冷凍機油枯渇による圧縮機１の故障や不具合の発生を防止することができる。
（ｉｖ）なお、空気調和機１０００は、絞り装置３の出側に副配管３０を接続して、二相冷媒の一部を取り出す方法である。一方、仮に、絞り装置３の入側にバイパス配管を設けて高圧冷媒を取り出したのでは、バイパス配管に新たに絞り装置やキャピラリチューブ等を設置することが必要になるため、部品点数が増加し、装置が大きくなってしまい、装置のコンパクト化に逆行することになる。すなわち、空気調和機１０００はコンパクト化が図られている。

［実施の形態２］
図４〜図６は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機を説明するものであって、図４は冷媒回路構成図、図５は制御系を示すブロック図、図６は制御方法を説明するタイムチャートである。

（冷媒回路）
図４において、空気調和機２０００は、実施の形態１で説明した空気調和機１０００に設置された吸入管温度センサー１０を撤去し、吸入管温度センサー１０に代えて、冷却器４に流入する室内空気の温度を検出する温度センサー（以下「吸込空気温度センサー」と称す）１１を設置したものであって、これを除く点において、空気調和機２０００と空気調和機１０００とは同じであるから、以下、共通する内容についての記載を省略し、相違する内容について説明する。

（制御系）
図５は、空気調和機２０００の制御系を示すブロック図である。
図５において、空気調和機２０００は、マイクロコンピュータで構成された制御部１０２を備えている。制御部１０２は、ＣＰＵおよび各種データを記憶するＲＡＭと、運転モードの制御を行うためのプログラム等を記憶するＲＯＭとを備え、目標温度等の各種設定入力を行うための操作部１００と、冷却器４を通過する室内空気の温度を検出する吸込空気温度センサー１１と、記憶部１０１とからの信号（情報）がそれぞれ入力され、電磁弁３１を開閉する信号を出力する。すなわち、電磁弁３１を適宜制御することによって、吸入管温度を調整する。

（電磁弁３１の制御方法）
次に、電磁弁３１の開閉の制御方法の動作について説明する。
図６において、冷凍サイクルを実行するに当たって、冷却器４に入る冷媒は、冷却器４に吸い込まれる室内空気（吸込空気温度である）の風と熱交換して吸熱する（温熱を受け取る）ために、吸入管温度は上昇する。高外気条件（例えば、吸込空気温度３０℃の場合）では、吸入管温度は３０℃以上となる。
そこで、操作部１００にて吸込空気温度設定を３３℃、温度ディファレンシャルを２℃と設定した場合、吸込空気温度センサー１１が３５℃以上となると、電磁弁３１を開にして副配管３０へ冷媒を流すことによって、吸入管温度を下げる。
一定時間後に吸込空気温度センサー１１が３３℃以下となった場合に、電磁弁３１を閉にして副配管３０へ冷媒の流入を停止する。そして、電磁弁３１を開閉することによるハンチングを防止する為に温度ディファレンシャルを設ける。また、設置環境状況を考慮し、操作部１００にて温度ディファレンシャルの数値変更や、吸込空気温度センサーの設定を変更することができるようにしている。

（効果）
以上のように、空気調和機２０００は、吸込空気温度センサー１１が検出した温度に基づいて、電磁弁３１の開閉を実施することで、吸入管温度の上昇を抑制することができるから、吸入管温度センサー１０が検出した温度に基づいて、電磁弁３１の開閉を実施することで、吸入管温度の上昇を抑制する空気調和機１０００（実施の形態１参照）と、同様の効果を奏する。

以上、本発明に係る空気調和機として、除湿機能を有するもの（除湿器）を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、冷暖房機能や加湿機能を有する空気調和機器、あるいは各種冷凍サイクル装置として広く利用することができる。

１圧縮機、２凝縮器、３絞り装置、４冷却器、５ファン、６過冷却熱交換器、７取り出し口、８取り込み口、９コントローラ、１０吸入管温度センサー、１１吸込空気温度センサー、２０主配管、２１吐出配管、２２高圧配管、２３低圧配管、２４ガス配管、３０副配管、３１電磁弁、１００操作部、１０１記憶部、１０２制御部、１０００空気調和機（実施の形態１）、２０００空気調和機（実施の形態２）。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機において圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器において凝縮した冷媒を膨脹させる絞り装置と、該絞り装置において膨脹した冷媒を蒸発させる冷却器と、前記圧縮機と前記凝縮器と前記絞り装置と前記冷却器と前記圧縮機とを順次連結する主配管と、前記絞り装置において膨脹した冷媒を、前記冷却器をバイパスして前記圧縮機に供給するための副配管と、該副配管に設置されたバルブと、前記副配管を流れる冷媒と前記凝縮器において凝縮した冷媒とが熱交換する熱交換器と、室内空気を前記冷却器と前記凝縮器に通過させる前記冷却器と前記凝縮器に共用のファンと、を有することを特徴とする空気調和機。
前記主配管の前記圧縮機の入側に設置され、前記冷却器から前記圧縮機に供給される冷媒の温度、又は、前記冷却器から前記圧縮機に供給される冷媒と前記冷却器をバイパスして前記副配管を経由して前記圧縮機に供給される冷媒とが合流した冷媒の温度、を検出するための吸入管温度センサーと、
該吸入管温度センサーが検出した温度が、吸入管温度設定の設定温度よりも所定の温度以上高い場合に前記バルブを開とし、前記吸入管温度センサーが検出した温度が、前記吸入管温度設定の設定温度以下の場合に前記バルブを閉とする制御部と、を有することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
前記冷却器に吸い込まれる室内空気の温度を検出するための吸入空気温度センサーと、
該吸入空気温度センサーが検出した温度が、吸入空気温度設定の設定温度よりも所定の温度以上高い場合に前記バルブを開とし、前記吸入空気温度センサーが検出した温度が、前記吸入空気温度設定の設定温度以下の場合に前記バルブを閉とする制御部と、を有することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。