JP6511376B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空気調和装置に関する。

熱源側熱交換器と膨張装置との間の冷媒配管から分岐されて過冷却熱交換器を通過後、圧縮機の中間圧力部に接続されるインジェクション回路を備える空気調和装置が知られている。

特開２０１１−１７９７８３号公報

地球環境保全の観点からＲ４１０Ａの代替冷媒としてＲ３２が普及し始めている。Ｒ３２を使用する場合、比熱比の関係からＲ４１０Ａを使用する場合に比べて圧縮機の吐出温度が１０℃から３０℃程度、上昇してしまう。

そこで、圧縮機の吐出温度を抑制するために、空気調和装置にリキッドインジェクション回路が適用される。

ところで、空気調和装置にリキッドインジェクション回路を適用する場合には、冷房運転と暖房運転との切り替えや、外気温の変化や、室内負荷などで変動する運転条件によって、圧縮機の冷却に必要な液冷媒の量が変化する。圧縮機へ導入する液冷媒の量は、例えば電子膨張弁を開度調整することで可能ではあるが、例えばビル用空気調和装置のように構成が複雑で大規模な空気調和装置では、電子膨張弁の開度調整のための制御が複雑化する。

また、リキッドインジェクション回路は、圧縮機のシリンダへ直接的に液冷媒を流入させるので、例えば電子膨張弁の故障により制御不能に陥った場合、圧縮機へ液冷媒が過多に流れ込み圧縮機の損傷を招きかねない。

そこで、本発明は、信頼性が高く、かつ、インジェクション流量の調整機能を有したリキッドインジェクション回路を備える空気調和装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る空気調和装置は、複数の圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、電子膨張弁と、室内熱交換器と、前記複数の圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記電子膨張弁、前記室内熱交換器を接続して充填冷媒１００重量部に対してＲ３２を４０重量部以上含む前記充填冷媒を流通させる冷媒配管と、前記冷媒配管から前記複数の圧縮機へ液冷媒を導入するリキッドインジェクション回路と、を備え、前記リキッドインジェクション回路は、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に接続される一次バイパス配管と、前記一次バイパス配管から分岐してそれぞれの前記圧縮機に接続される二次バイパス配管と、前記一次バイパス配管に設けられる一次開閉弁と、前記一次バイパス配管に設けられて、前記一次開閉弁に並列に接続される一次キャピラリと、前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられる複数の二次開閉弁と、前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられて、前記二次開閉弁のそれぞれに直列に接続される複数の二次キャピラリと、を備え、前記一次開閉弁および前記一次キャピラリは、前記一次バイパス配管に直列に複数設けられている。

本発明の実施形態に係る空気調和装置のブロック図。 本発明の実施形態に係る空気調和装置の他の例を示すブロック図。

本発明に係る空気調和装置の実施形態について図１および図２を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空気調和装置のブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る空気調和装置１は、複数、例えば３つの圧縮機２、３、４を有する室外機５と、複数の室内機６、６、…と、を備えている。なお、複数の室内機６、６、…は、いずれも同様の構成を有しているので、以下では、代表的な１つの室内機６について説明する。

また、空気調和装置１は、室外機５と室内機６との間で充填冷媒１００重量部に対してＲ３２を４０重量部以上含む充填冷媒を循環させる。換言すると、空気調和装置１には、充填冷媒としてＲ３２を４０重量パーセント以上含む冷媒、例えばＲ４１０Ａや、Ｒ３２が充填されている。

室外機５は、複数の圧縮機２、３、４と、四方弁８と、室外熱交換器１１と、電子膨張弁１２と、リキッドタンク１３と、アキュムレータ１５と、リキッドインジェクション回路１７と、を備えている。また、室外機５は、室外ファン１８を備えている。

さらに、室外機５は、それぞれの圧縮機２、３、４の運転周波数を制御する複数のインバータ２１、２２、２３と、複数のインバータ２１、２２、２３を制御する室外制御部２４と、を備えている。

室内機６は、第二電子膨張弁２５と、室内熱交換器２６と、を備えている。また、室内機６は、室内ファン２７を備えている。さらに、室内機６は、室内制御部（図示省略）を備えている。

また、空気調和装置１は、室外機５の圧縮機２、３、４、四方弁８、室外熱交換器１１、電子膨張弁１２、およびリキッドタンク１３と、室内機６の第二電子膨張弁２５、および室内熱交換器２６と、を順次に接続する冷媒配管２８を備えている。冷媒配管２８は、室外機５と室内機６との間に設けられて冷媒を往来させる渡り配管２５を含んでいる。室外機５には、渡り配管２５を接続する液側配管接続部３１と、ガス側配管接続部３２とが設けられている。室内機６には、渡り配管２５を接続する液側配管接続部３３と、ガス側配管接続部３４とが設けられている。配管接続部３１、３２、３３、３４は、例えばボールバルブである。

それぞれの圧縮機２、３、４は、室外機５内に設けられている。それぞれの圧縮機２、３、４は、それぞれのインバータ２１、２２、２３の出力によって運転周波数を変更する。なお、空気調和装置１に３つ以上の圧縮機が設けられる場合には、圧縮機は、全てインバータによって運転周波数を変更できることが好ましい。この場合、空気調和装置１は、圧縮機と同数のインバータを備えることが好ましい。また、複数の圧縮機のうち、回転数が一定の一定速タイプの圧縮機を含んでいても良い。

それぞれの圧縮機２、３、４のケース内には、冷凍機油が収容されている。それぞれの圧縮機２、３、４の吐出口には、それぞれの吐出配管３５ａ、３５ｂ、３５ｃが接続されている。これら吐出配管３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、高圧側冷媒配管３６に接続され、合流している。高圧側冷媒配管３６は、四方弁８に接続されている。

また、それぞれの圧縮機２、３、４の吸込口には、それぞれの吸込配管３８ａ、３８ｂ、３８ｃが接続されている。これら吸込配管３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、低圧側冷媒配管３９に接続され、合流している。低圧側冷媒配管３９は、アキュムレータ１５を介して四方弁８に接続されている。

なお、それぞれの圧縮機２、３、４について、冷媒の戻り流路に着目すると、低圧側冷媒配管３９は、ガス冷媒を流通させる配管であって、アキュムレータ１５を経て吸込配管分岐部４１でそれぞれの吸込配管３８ａ、３８ｂ、３８ｃへ接続され、分岐している。吸込配管３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、それぞれの圧縮機２、３、４のサクションマフラ４５、４６、４７を介してそれぞれの圧縮機２、３、４の吸込口に接続されている。それぞれのサクションマフラ４５、４６、４７は、ガス冷媒を分離して液冷媒をそれぞれの圧縮機２、３、４へ送り込む。

四方弁８は、室外制御部２４に信号線（図示省略）を介して電気的に接続されている。空気調和装置１は、四方弁８によって冷媒の流れを切り替えることによって、冷房運転（図１中、実線矢印で示す冷媒の流れ）と暖房運転（図１中、破線矢印で示す冷媒の流れ）とを切り替える。

室外熱交換器１１および室内熱交換器２６は、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器である。

室外ファン１８は、室外の空気と室外熱交換器１１との熱交換を促進させる。室内ファン２７は、室内の空気と室内熱交換器２６との熱交換を促進させる。

室外機５の電子膨張弁１２および室内機６の第二電子膨張弁２５は、例えば、弁開度を調整可能なＰＭＶ（Pulse Motor Valve）である。なお、空気調和装置１は、室外機５の電子膨張弁１２および室内機６の第二電子膨張弁２５のいずれか一方を備えるものであっても良い。

アキュムレータ１５は、ガス冷媒と液冷媒とを分離（気液分離）し、ガス冷媒をそれぞれの圧縮機２、３、４へ送る。

リキッドタンク１３は、室外熱交換器１１と室内熱交換器２６との間、かつ室外機５の電子膨張弁１２よりも室内熱交換器２６側に設けられている。リキッドタンク１３は、冷媒配管２８の室外機５の電子膨張弁１２と室内熱交換器２６との間に配置されて、液冷媒を一時的に貯留する。

リキッドインジェクション回路１７は、冷媒配管２８から複数の圧縮機２、３、４へ液冷媒を導入する。リキッドインジェクション回路１７は、室外熱交換器１１と室内熱交換器２６との間に接続される一次バイパス配管５１と、一次バイパス配管５１から分岐してそれぞれの圧縮機２、３、４に接続される二次バイパス配管５２と、一次バイパス配管５１に設けられる一次開閉弁５３と、一次バイパス配管５１に設けられて、一次開閉弁５３に並列に接続される一次キャピラリ５４と、二次バイパス配管５２のそれぞれの分岐（二次バイパス分岐管５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）に設けられる複数の二次開閉弁５８ａ、５８ｂ、５８ｃと、二次バイパス配管５２のそれぞれの分岐（二次バイパス分岐管５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）に設けられて、それぞれの二次開閉弁５８ａ、５８ｂ、５８ｃに直列に接続される複数の二次キャピラリ５９ａ、５９ｂ、５９ｃと、を備えている。

また、二次開閉弁５８ａ、５８ｂ、５８ｃと二次キャピラリ５９ａ、５９ｂ、５９ｃとの間にそれぞれ逆止弁６０ａ、６０ｂ、６０ｃを備えている。

一次バイパス配管５１は、空気調和装置１の冷房運転、暖房運転に係わらず、冷媒配管２８のうち常に液冷媒が流通している箇所に接続されていることが好ましい。

具体的には、一次バイパス配管５１は、冷媒配管２８のうち室外機５の電子膨張弁１２と室内熱交換器２６との間の部分（図１に実線で示す。）、またはリキッドタンク１３に接続されている（図１に二点鎖線で示す。）。なお、一次バイパス配管５１をリキッドタンク１３に接続する場合、一次バイパス配管５１は、リキッドタンク１３の底部に接続されていることが好ましい。

また、一次バイパス配管５１は、冷媒配管２８のうち室外機５の電子膨張弁１２と室内機６の第二電子膨張弁２５との間に接続されていても良い。冷媒配管２８のうち室外機５の電子膨張弁１２と室内機６の第二電子膨張弁２５との間に一次バイパス配管５１を接続する場合には、空気調和装置１は、リキッドタンク１３を備えていなくても良い。

なお、空気調和装置１がリキッドタンク１３を備えていない場合には、一次バイパス配管５１は、室外機５の電子膨張弁１２と液側配管接続部３１との間に接続されていれば良い。

一次開閉弁５３は、例えば電磁弁であって、弁体を開くことで一次バイパス配管５１側から液冷媒を流通させ、弁体を閉じることで一次バイパス配管５１を遮断して一次キャピラリ５４側から液冷媒を流通させる。

空気調和装置１は、電子膨張弁のような複雑な機構ではなく、開閉を切り替える弁、例えば電磁弁を一次開閉弁５３に適用することで、一次開閉弁５３の開閉制御によって液冷媒の流通経路を一次バイパス配管５１と一次キャピラリ５４との間で切り替え、圧縮機２、３、４へ供給される液冷媒の流量を変更する。

なお、一次開閉弁５３および一次キャピラリ５４は、一次バイパス配管５１に直列に複数設けられていても良い（図１の二点鎖線）。空気調和装置１は、一次開閉弁５３と一次キャピラリ５４とを含む並列回路６１を直列に複数段有することによって、圧縮機２、３、４へ供給される液冷媒の流量を、よりきめ細かく変更することができる。この場合、並列回路６１の一次キャピラリ５４は、全て同じ仕様であっても良いし、それぞれに仕様が異なっていても良い。

それぞれの二次開閉弁５８ａ、５８ｂ、５８ｃは、例えば電磁弁であって、弁体を開くことでそれぞれの二次キャピラリ５９ａ、５９ｂ、５９ｃに液冷媒を流通させ、弁体を閉じることでそれぞれの二次バイパス分岐管５６ａ、５６ｂ、５６ｃを遮断する。

空気調和装置１は、それぞれの二次開閉弁５８ａ、５８ｂ、５８ｃの開閉制御によってそれぞれの圧縮機２、３、４へ液冷媒を流通し、または遮断する。

それぞれのインバータ２１、２２、２３は、商用交流電源Ｅから供給される交流電力を整流し、整流後の直流電力を室外制御部２４の指令に応じた周波数に変換して圧縮機２、３、４のそれぞれへ出力する。つまり、それぞれのインバータ２１、２２、２３は、それぞれの圧縮機２、３、４の運転周波数を制御する。

室外制御部２４は、リモートコントローラ（図示省略）に入力される運転操作に基づいて四方弁８を制御し、空気調和装置１の冷房運転（図１中、実線矢印で示す冷媒の流れ）と暖房運転（図１中、破線矢印で示す冷媒の流れ）とを切り替える。

また、室外制御部２４は、インバータを制御して圧縮機２、３、４の運転周波数を制御する。

次いで空気調和装置１の運転状態を説明する。

冷房運転時、それぞれの圧縮機２、３、４は、高温高圧のガス冷媒をそれぞれの吐出配管３５ａ、３５ｂ、３５ｃへ吐出する。高温高圧のガス冷媒は、それぞれの吐出配管３５ａ、３５ｂ、３５ｃから高圧側冷媒配管３６で合流して四方弁８を経て室外熱交換器１１に到達する。室外熱交換器１１は、室外の空気とガス冷媒との間で熱交換を行って冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、液冷媒を流出させる。室外熱交換器１１から流出する液冷媒は、電子膨張弁１２、２５を経て室内熱交換器２６に到達する。電子膨張弁１２は液冷媒の流量を調整して過冷却度を調整し、第二電子膨張弁２５は液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする。室内熱交換器２６は、室内の空気と気液二相冷媒との間で熱交換を行って冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、ガス冷媒を流出させる。室内熱交換器２６から流出するガス冷媒は、四方弁８、アキュムレータ１５、および吸込配管分岐部４１、それぞれの吸込配管３８ａ、３８ｂ、３８ｃを経てそれぞれの圧縮機２、３、４に吸い込まれる。吸い込まれたガス冷媒は、圧縮機２、３、４で圧縮されて、再びそれぞれの吐出配管３５ａ、３５ｂ、３５ｃから吐出し、以上のサイクルを繰り返す。

暖房運転は、室外制御部２４の指令に基づき四方弁８が冷媒の流路を切り替えることによって行なわれる。暖房運転では、冷媒は空気調和装置１を反対方向（破線矢印の方向）に流れる。

これら冷暖房運転時、リキッドインジェクション回路１７は、それぞれの二次開閉弁５８ａ、５８ｂ、５８ｃを開くことで冷媒配管２８を流通する液冷媒の一部を二次キャピラリ５９ａ、５９ｂ、５９ｃを通じてそれぞれの圧縮機２、３、４へ流入させ、それぞれの圧縮機２、３、４の温度を低下させる。このとき、リキッドインジェクション回路１７は、一次開閉弁５３を開閉させることで冷媒配管２８から一次バイパス配管５１を経て二次バイパス配管５２、つまり二次バイパス分岐管５６ａ、５６ｂ、５６ｃへ流れ込む液冷媒の総量を制御する。リキッドインジェクション回路１７は、圧縮機２、３、４を冷却するために多量の液冷媒を必要とする場合には、一次開閉弁５３を開いて二次バイパス配管５２へ流れ込む液冷媒の総量を増量する一方、圧縮機２、３、４の冷却に少量の液冷媒で足りる場合には、一次開閉弁５３を閉じて一次キャピラリ５４側から液冷媒を流通させて二次バイパス配管５２へ流れ込む液冷媒の総量を減量する。

次に、本実施形態に係る空気調和装置１の他の例を説明する。なお、空気調和装置１Ａにおいて空気調和装置１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２は、本発明の実施形態に係る空気調和装置の他の例を示すブロック図である。

図２に示すように、本実施形態に係る空気調和装置１Ａは、空気調和装置１の室内機６の第二電子膨張弁２５に代えて、室外機５Ａに複数の第二膨張弁６５、６５、…を備えている。これに対応して室内機６Ａ、６Ａ、…は第二電子膨張弁２５を備えていない。

また、空気調和装置１Ａの複数の第二膨張弁６５、６５、…は、室内機６Ａの台数に対応して設けられている。つまり、室外機５Ａに三台の室内機６Ａを接続する場合には、第二膨張弁６５、６５、…も３つ設けられる。

さらに、室外機５Ａには、渡り配管２５を接続する複数の液側配管接続部３１、３１、…と、複数のガス側配管接続部３２、３２、…とが設けられる。複数の液側配管接続部３１、３１、…および複数のガス側配管接続部３２、３２、…も、室内機６Ａの台数に対応して設けられている。

空気調和装置１Ａでは、リキッドインジェクション回路１７の一次バイパス配管５１Ａも、空気調和装置１の一次バイパス配管５１同様に室外熱交換器１１と室内熱交換器２６との間に接続される。

そして、一次バイパス配管５１Ａは、空気調和装置１Ａの冷房運転、暖房運転に係わらず、冷媒配管２８のうち常に液冷媒が流通している箇所に接続されていることが好ましい。

具体的には、一次バイパス配管５１Ａは、冷媒配管２８のうち室外機５Ａの電子膨張弁１２と複数の第二膨張弁６５、６５、…との間の部分（図２に実線で示す。）、またはリキッドタンク１３に接続されている（図２に二点鎖線で示す。）。なお、一次バイパス配管５１Ａをリキッドタンク１３に接続する場合、一次バイパス配管５１Ａは、リキッドタンク１３の底部に接続されていることが好ましい。

本実施形態に係る空気調和装置１、１Ａは、リキッドインジェクション回路１７に一次開閉弁５３と一次開閉弁５３に並列に接続される一次キャピラリ５４とを備えることによって、複数の圧縮機２、３、４へ導入する液冷媒の総量を容易に制御することができる。特に、空気調和装置１、１Ａは、電子膨張弁のように流量を調節可能な弁を用い、運転条件に応じる制御を確立しなければならない場合に比べて、極めて容易な制御で対応することができる。

また、本実施形態に係る空気調和装置１、１Ａは、冷媒配管２８のうち室外機５の電子膨張弁１２と室内熱交換器２６との間の部分（図１に実線で示す。）、またはリキッドタンク１３に一次バイパス配管５１を接続することで、冷房運転、暖房運転の別に係わらず、常に液冷媒を複数の圧縮機２、３、４へ導入することができる。

さらに、本実施形態に係る空気調和装置１、１Ａは、冷媒配管２８のうち室外機５の電子膨張弁１２と室内機６の第二電子膨張弁２５との間に一次バイパス配管５１を接続することで、リキッドタンク１３を備えていない場合であっても、冷房運転、暖房運転の別に係わらず、常に液冷媒を複数の圧縮機２、３、４へ導入することができる。

さらにまた、本実施形態に係る空気調和装置１Ａは、冷媒配管２８のうち室外機５Ａの電子膨張弁１２と複数の第二膨張弁６５、６５、…との間の部分、またはリキッドタンク１３に一次バイパス配管５１Ａを接続することで、冷房運転、暖房運転の別に係わらず、常に液媒体を複数の圧縮機２、３、４へ導入することができる。

また、本実施形態に係る空気調和装置１、１Ａは、一次開閉弁５３および一次キャピラリ５４を一次バイパス配管５１に直列に複数列備えることによって、電子膨張弁のように流量を調節可能な弁を用いることなく、極めて簡易な制御でよりきめ細やかに運転条件に対応することができる。

したがって、本実施形態に係る空気調和装置１、１Ａによれば、信頼性が高く、インジェクション流量の調整機能を有したリキッドインジェクション回路１７を提供できる。

以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ａ…空気調和装置、２、３、４…圧縮機、５、５Ａ…室外機、６、６Ａ…室内機、８…四方弁、１１…室外熱交換器、１２…電子膨張弁、１３…リキッドタンク、１５…アキュムレータ、１７…リキッドインジェクション回路、１８…室外ファン、２１、２２、２３…インバータ、２４…室外制御部、２５…第二電子膨張弁、２６…室内熱交換器、２７…室内ファン、２８…冷媒配管、２９…戻り配管、３１…液側配管接続部、３２…ガス側配管接続部、３３…液側配管接続部、３４…ガス側配管接続部、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ…吐出配管、３６…高圧側冷媒配管、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ…吸込配管、３９…低圧側冷媒配管、４１…吸込配管分岐部、４５、４６、４７…サクションマフラ、５１、５１Ａ…一次バイパス配管、５２…二次バイパス配管、５３…一次開閉弁、５４…一次キャピラリ、５６ａ、５６ｂ、５６ｃ…二次バイパス分岐管、５８ａ、５８ｂ、５８ｃ…二次開閉弁、５９ａ、５９ｂ、５９ｃ…二次キャピラリ、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ…逆止弁、６１…並列回路、６５…第二膨張弁。

Claims (3)

1. 複数の圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、電子膨張弁と、室内熱交換器と、前記複数の圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記電子膨張弁、前記室内熱交換器を接続して充填冷媒１００重量部に対してＲ３２を４０重量部以上含む前記充填冷媒を流通させる冷媒配管と、前記冷媒配管から前記複数の圧縮機へ液冷媒を導入するリキッドインジェクション回路と、を備え、
   前記リキッドインジェクション回路は、
   前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に接続される一次バイパス配管と、
   前記一次バイパス配管から分岐してそれぞれの前記圧縮機に接続される二次バイパス配管と、
   前記一次バイパス配管に設けられる一次開閉弁と、
   前記一次バイパス配管に設けられて、前記一次開閉弁に並列に接続される一次キャピラリと、
   前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられる複数の二次開閉弁と、
   前記二次バイパス配管のそれぞれの分岐に設けられて、ぞれぞれの前記二次開閉弁に直列に接続される複数の二次キャピラリと、を備え、
   前記一次開閉弁および前記一次キャピラリは、前記一次バイパス配管に直列に複数設けられている空気調和装置。
2. 前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間、かつ前記電子膨張弁よりも前記室内熱交換器側にリキッドタンクを備え、
   前記一次バイパス配管は、前記冷媒配管のうち前記電子膨張弁と前記室内熱交換器との間の部分、または前記リキッドタンクに接続されている請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間、かつ前記電子膨張弁よりも前記室内熱交換器側に第二電子膨張弁を備え、
   前記一次バイパス配管は、前記冷媒配管のうち前記電子膨張弁と前記第二電子膨張弁との間の部分に接続されている請求項１に記載の空気調和装置。

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