JP7268773B2 - air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は空気調和機に関わり、より詳細には、高圧側に気液分離器を備える空気調和機に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an air conditioner, and more particularly to an air conditioner provided with a gas-liquid separator on the high pressure side.
空気調和機において、室外機の室外熱交換器と室内機の室内熱交換器とを接続する液管に気液分離器を備えるものがある(例えば、特許文献1)。このような空気調和機では、暖房運転時に室内機から室外機へと流入した気液二相冷媒(ガス冷媒と液冷媒とが混合した状態の冷媒)が、液管を流れて気液分離器へと流入し、気液分離器によってガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、分離した液冷媒は、気液分離器から液管に流出して室外熱交換器へと流れる。また、分離したガス冷媒は気液分離器から流出して吸入管を介して圧縮機へと流れる。 Some air conditioners have a gas-liquid separator in a liquid pipe that connects an outdoor heat exchanger of an outdoor unit and an indoor heat exchanger of an indoor unit (for example, Patent Document 1). In such an air conditioner, gas-liquid two-phase refrigerant (refrigerant in a state where gas refrigerant and liquid refrigerant are mixed) that flows from the indoor unit to the outdoor unit during heating operation flows through the liquid pipe to the gas-liquid separator. and separated into gas refrigerant and liquid refrigerant by the gas-liquid separator. Then, the separated liquid refrigerant flows out from the gas-liquid separator into the liquid pipe and flows to the outdoor heat exchanger. Also, the separated gas refrigerant flows out from the gas-liquid separator and flows to the compressor via the suction pipe.
ところで近年では、地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数の小さい冷媒、例えば、R32冷媒が冷媒回路に充填されている。しかし、これらの冷媒は可燃性冷媒であるので、冷媒回路から冷媒が漏洩した際の漏洩量を減らすために、冷媒回路に充填する冷媒量が削減される。 By the way, in recent years, from the viewpoint of prevention of global warming, a refrigerant with a small global warming potential, for example, R32 refrigerant, is filled in the refrigerant circuit. However, since these refrigerants are combustible refrigerants, the amount of refrigerant charged into the refrigerant circuit is reduced in order to reduce the amount of leakage when the refrigerant leaks from the refrigerant circuit.
前述した気液分離器を備える空気調和機では、暖房運転時に気液分離器から流出して室外熱交換器へと流れる冷媒が液冷媒である。このとき、気液分離器から流出する冷媒が飽和液(ガス冷媒が混じっていない状態)であれば、気液分離器の液冷媒の出口から室外熱交換器までの間の冷媒配管は、液冷媒で満たされることとなる。このような空気調和機に地球温暖化係数の小さい可燃性冷媒を充填しその充填量を削減した場合、暖房運転時に気液分離器の液冷媒の出口から室外熱交換器までの間の冷媒配管が液冷媒で満たされると、当該冷媒配管が気液二相冷媒で満たされている場合と比べて、凝縮器として機能している室内熱交換器での凝縮能力が低下して暖房能力が低下する恐れがあった。 In the air conditioner provided with the gas-liquid separator described above, the refrigerant that flows from the gas-liquid separator to the outdoor heat exchanger during heating operation is liquid refrigerant. At this time, if the refrigerant flowing out of the gas-liquid separator is a saturated liquid (a state in which gas refrigerant is not mixed), the refrigerant pipe between the liquid refrigerant outlet of the gas-liquid separator and the outdoor heat exchanger is liquid. It will be filled with refrigerant. If such an air conditioner is filled with a combustible refrigerant with a low global warming potential and the filling amount is reduced, the refrigerant piping between the liquid refrigerant outlet of the gas-liquid separator and the outdoor heat exchanger during heating operation is filled with liquid refrigerant, compared to the case where the refrigerant pipe is filled with gas-liquid two-phase refrigerant, the condensation capacity of the indoor heat exchanger functioning as a condenser is reduced and the heating capacity is reduced. I was afraid to.
本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、冷媒充填量を削減しても暖房運転時に暖房能力が低下しない空気調和機を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems, and to provide an air conditioner in which the heating capacity does not decrease during heating operation even if the amount of refrigerant charged is reduced.
上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、暖房運転時に圧縮機、室内熱交換器、第1膨張弁、気液分離器、第2膨張弁、室外熱交換器の順で冷媒が循環する冷媒回路と、第3膨張弁を備え気液分離器から圧縮機へと冷媒を導くバイパス管とを有する。第1膨張弁の開度は、第2膨張弁に流入する冷媒の温度と、第2膨張弁から流出した冷媒の温度との温度差が所定の目標値となるように調整され、第2膨張弁の開度は、圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように調整され、第3膨張弁の開度は、第3膨張弁から流出した冷媒が飽和ガス冷媒となるように調整されて、第2膨張弁から流出する冷媒が、ガス冷媒に対する液冷媒の割合が高い気液二相冷媒とされる。 In order to solve the above problems, the air conditioner of the present invention comprises a compressor, an indoor heat exchanger, a first expansion valve, a gas-liquid separator, a second expansion valve, and an outdoor heat exchanger in this order during heating operation. It has a refrigerant circuit through which refrigerant circulates, and a bypass pipe that is provided with a third expansion valve and guides the refrigerant from the gas-liquid separator to the compressor. The degree of opening of the first expansion valve is adjusted so that the temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing into the second expansion valve and the temperature of the refrigerant flowing out of the second expansion valve becomes a predetermined target value. The degree of opening of the valve is adjusted so that the discharge temperature, which is the temperature of the refrigerant discharged from the compressor, reaches a predetermined target temperature. The refrigerant that is adjusted to be a gas refrigerant and flows out from the second expansion valve is a gas-liquid two-phase refrigerant having a high ratio of liquid refrigerant to gas refrigerant.
上記のように構成した本発明の空気調和機によれば、暖房運転時に気液分離器から流出して室外熱交換器へと流れる冷媒を、ガス冷媒に対する液冷媒の割合が高い気液二相冷媒とできる。これにより、冷媒充填量を削減しても暖房運転時に凝縮器として機能する室内熱交換器での凝縮能力の低下を抑制できるので、暖房能力の低下を抑制できる。 According to the air conditioner of the present invention configured as described above, the refrigerant that flows out of the gas-liquid separator and flows to the outdoor heat exchanger during heating operation is a gas-liquid two-phase refrigerant having a high ratio of liquid refrigerant to gas refrigerant. It can be used as a refrigerant. As a result, even if the amount of refrigerant charged is reduced, it is possible to suppress a decrease in the condensation capacity of the indoor heat exchanger that functions as a condenser during heating operation, thereby suppressing a decrease in the heating capacity.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、1台の室外機と1台の室内機が2本の冷媒配管で接続された空気調和機を例に挙げて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As an embodiment, an air conditioner in which one outdoor unit and one indoor unit are connected by two refrigerant pipes will be described as an example. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
図1に示すように、本実施例における空気調和機1は、屋外に設置される室外機2と、室内に設置され室外機2に液管4およびガス管5で接続された室内機3を備えている。詳細には、室外機2の閉鎖弁25と室内機3の液管接続部33とが液管4で接続されている。また、室外機2の閉鎖弁26と室内機3のガス管接続部34とがガス管5で接続されている。以上により、空気調和機1の冷媒回路10が形成されている。
As shown in FIG. 1, an air conditioner 1 in this embodiment includes an
<室外機の構成>
まずは、室外機2について説明する。室外機2は、圧縮機21と、四方弁22と、室外熱交換器23と、室外ファン24と、液管4の一端が接続された閉鎖弁25と、ガス管5の一端が接続された閉鎖弁26と、第1膨張弁27aと、第2膨張弁27bと、第3膨張弁27cと、気液分離器28と、開閉弁29と、第1逆止弁30aと、第2逆止弁30bとを備えている。そして、室外ファン24を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路10の一部をなす室外機冷媒回路10aを形成している。
<Configuration of outdoor unit>
First, the
圧縮機21は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機21の冷媒吐出側と四方弁22のポートaとが、吐出管61で接続されている。また、圧縮機21の冷媒吸入側と四方弁22のポートcとが、吸入管66で接続されている。
The
四方弁22は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、a、b、c、dの4つのポートを備えている。ポートaは、上述したように圧縮機21の冷媒吐出側と吐出管61で接続されている。ポートbは、室外熱交換器23の一方の冷媒出入口と冷媒配管62で接続されている。ポートcは、上述したように圧縮機21の冷媒吸入側と吸入管66で接続されている。そして、ポートdは、閉鎖弁26と室外機ガス管64で接続されている。
The four-
室外熱交換器23は、冷媒と、後述する室外ファン24の回転により室外機2の内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器23の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁22のポートbと冷媒配管62で接続され、他方の冷媒出入口は閉鎖弁25と室外機液管63で接続されている。室外熱交換器23は、空気調和機1が冷房運転を行う場合は凝縮器として機能し、暖房運転を行う場合は蒸発器として機能する。
The
第1膨張弁27aは、例えば電子膨張弁であり、室外機液管63に設けられている。第1膨張弁27aの開度が調整されることで、室内機3を流れる冷媒量が調整される。なお、第1膨張弁27aの具体的な開度の調整方法については、後述する。
The
室外ファン24は樹脂材で形成されており、室外熱交換器23の近傍に配置されている。室外ファン24は、図示しないファンモータによって回転することで室外機2の図示しない吸込口から室外機2の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器23において冷媒と熱交換した外気を室外機2の図示しない吹出口から室外機2外部へ放出する。
The
気液分離器28は、略円筒形状の密閉容器であり、流入した気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。気液分離器28の密閉容器の天面に設けられた冷媒流入口と、室外機液管63における室外熱交換器23と第1膨張弁27aの間とが第1液分管67で接続されており、暖房運転時に第1液分管67から気液分離器28の内部に気液二相冷媒が流入する。また、気液分離器28の密閉容器の側面下方に設けられた液冷媒流出口と、室外機液管63における第1液分管67の接続部と室外熱交換器23の間とが第2液分管68で接続されており、気液分離器28で分離されて密閉容器の底部に溜まった液冷媒が第2液分管68へと流出する。そして、気液分離器28の底面に設けられたガス冷媒流出口と吸入管66とがバイパス菅69で接続されており、気液分離器28で分離されたガス冷媒がバイパス管69へと流出する。なお、バイパス管69の一部はガス冷媒流出口を通して気液分離器28の内部に挿入されており、バイパス管69の気液分離器28の内部に開口する端部は、液冷媒流出口よりも高い位置に配置される。
The gas-
開閉弁29は、第1液分管67に設けられている。開閉弁29は、冷房運転時は閉じられ、暖房運転時は開かれる。第1逆止弁30aは、室外機液管63における第1液分管67の接続部と第2液分管68の接続部との間に設けられており、室外機液管63を室外熱交換器23から第1膨張弁27aに向かう方向にのみ冷媒が流れるようにするものである。第2逆止弁30bは、第2液分管68に設けられており、第2液分管68を気液分離器28から室外機液管63に向かう方向にのみ冷媒が流れるようにするものである。
The on-off
第2膨張弁27bは、例えば電子膨張弁であり、第2液分管68における気液分離器28の液冷媒流出口と第2逆止弁30bとの間に設けられ、かつ、気液分離器28の液冷媒流出口の近傍に配置されている。第2膨張弁27bの開度が調整されることで、気液分離器28から室外機液管63へと流れる液冷媒の量が調整される。第3膨張弁27cは例えば電子膨張弁であり、バイパス管69に設けられ、かつ、気液分離器28のガス冷媒流出口の近傍に配置されている。第3膨張弁27cの開度が調整されることで、気液分離器28から吸入管66へと流れるガス冷媒の量が調整される。第2膨張弁27bおよび第3膨張弁27cのそれぞれの具体的な開度の調整方法については、後述する。
The
以上説明した構成の他に、室外機2には各種のセンサが設けられている。図1に示すように、吐出管61には、圧縮機21から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ71と、圧縮機21から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ73が設けられている。吸入管66には、圧縮機21に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ74が設けられている。
In addition to the configuration described above, the
室外熱交換器23の図示しない冷媒流路の中間部には、冷媒流路の中間部を流れる冷媒の温度、すなわち室外熱交換器23の温度を検出するための熱交温度センサ75が設けられている。室外機2の図示しない吸込口付近には、室外機2の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ76が備えられている。
A heat
第2液分管68における気液分離器28と第2膨張弁27bとの間には、気液分離器28から第2液分管68に流出する液冷媒の温度である流出液冷媒温度を検出する流出液冷媒温度センサ78が備えられている。バイパス菅69における第3膨張弁27cの冷媒出口側には、気液分離器28からバイパス菅69に流出し第3膨張弁27cで減圧されたガス冷媒の圧力である流出ガス冷媒圧力を検出する流出ガス冷媒圧力センサ72と、気液分離器28からバイパス菅69に流出し第3膨張弁27cで減圧されたガス冷媒の温度である流出ガス冷媒温度を検出する流出ガス冷媒温度センサ78とが備えられている。
Between the gas-
<室内機の構成>
次に、図1を用いて、室内機3について説明する。室内機3は、室内熱交換器31と、室内ファン32と、液管4の他端が接続された液管接続部33と、ガス管5の他端が接続されたガス管接続部34を備えている。そして、室内ファン32を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路10の一部をなす室内機冷媒回路10bを構成している。
<Indoor unit configuration>
Next, the indoor unit 3 will be described with reference to FIG. The indoor unit 3 includes an
室内熱交換器31は、冷媒と、後述する室内ファン32の回転により室内機3の図示しない吸込口から室内機3の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部33と室内機液管91で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部34と室内機ガス管92で接続されている。室内熱交換器31は、空気調和機1が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。なお、液管接続部33やガス管接続部34では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。
The
室内ファン32は樹脂材で形成されており、室内熱交換器31の近傍に配置されている。室内ファン31は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機3の図示しない吸込口から室内機3の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器31において冷媒と熱交換した室内空気を室内機3の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。
The
以上説明した構成の他に、室内機3には各種のセンサが設けられている。室内機液管91には、室内熱交換器31に流入あるいは室内熱交換器31から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ81が設けられている。室内機ガス管92には、室内熱交換器31から流出あるいは室内熱交換器31に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ82が設けられている。そして、室内機3の図示しない吸込口付近には、室内機3の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ83が備えられている。
In addition to the configuration described above, the indoor unit 3 is provided with various sensors. The indoor unit
<冷媒回路の動作>
次に、本実施形態における空気調和機1の空調運転時の冷媒回路10における冷媒の流れや各部の動作について説明する。以下の説明では、まず、図1を用いて、室内機3が冷房運転を行う場合について説明し、次に、図1と図2とを用いて暖房運転を行う場合について説明する。
<Operation of refrigerant circuit>
Next, the flow of the refrigerant in the
<冷房運転時の冷媒回路の動作>
空気調和機1が冷房運転を行う場合、冷媒回路10は、図1に示すように四方弁22が破線で示す状態、すなわち、四方弁22のポートaとポートbとが連通するよう、また、ポートcとポートdとが連通するよう、切り替えられる。これにより、冷媒回路10において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器23が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器31が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。なお、前述したように、開閉弁29は冷房運転時は閉じられている。また、第2膨張弁27bと第3膨張弁27cとは、ともにその開度が全開とされている。
<Behavior of the refrigerant circuit during cooling operation>
When the air conditioner 1 performs a cooling operation, the
圧縮機21から吐出された高圧の冷媒は、吐出管61を流れて四方弁22に流入し、四方弁22から冷媒配管62を流れて室外熱交換器23に流入する。室外熱交換器23に流入した冷媒は、室外ファン24の回転により室外機2の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。
The high-pressure refrigerant discharged from the
室外熱交換器23から室外機液管63に流出した冷媒は、第1逆止弁30aを通過して第1膨張弁27aへと流れる。このとき、第2逆止弁30bにより、室外熱交換器23から室外機液管63に流出した冷媒は、第2液分管68には流れない。また、開閉弁29が閉じられていることにより、室外熱交換器23から室外機液管63に流出した冷媒は、第1液分管67には流れない。
The refrigerant flowing out from the
第1膨張弁27aは、吐出温度センサ73で検出した吐出温度が、外気温度や室内機3で要求される冷房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整されている。具体的には、検出した吐出温度が目標温度より高い場合は、第1膨張弁27aの開度が現在の開度より大きくされる。第1膨張弁27aの開度が大きくされることで、冷媒回路10から圧縮機21に戻る冷媒量が多くなって、吐出温度が低下する。一方、検出した吐出温度が目標温度より低い場合は、第1膨張弁27aの開度が現在の開度より小さくされる。第1膨張弁27aの開度が小さくされることで、吐出温度が上昇する。第1膨張弁27aを通過する際に減圧された冷媒は、室外機液管63を流れ閉鎖弁25を介して液管4に流出する。液管4を流れ液管接続部33を介して室内機3に流入した冷媒は、室内機液管91を流れて室内熱交換器31に流入する。
The opening of the
室内熱交換器31に流入した冷媒は、室内ファン32の回転により室内機3の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器31が蒸発器として機能し、冷房運転の場合は、室内熱交換器31で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機3が設置された室内の冷房が行われる。
The refrigerant that has flowed into the
室内熱交換器31から流出した冷媒は、室内機ガス管92を流れガス管接続部34を介してガス管5に流出する。ガス管5を流れて閉鎖弁26を介して室外機2に流入した冷媒は、室外機ガス管64、四方弁22、吸入管66を流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
The refrigerant flowing out of the
<暖房運転時の冷媒回路の動作>
次に、図1と図2とを用いて、暖房運転時の冷媒回路10の動作について説明する。なお、前述したように、開閉弁29は暖房運転時は開かれている。また、図2に示すモリエル線図では、縦軸が圧力(単位:MPa)、横軸が比エンタルピ(単位:kJ/kg)とされており、凝縮圧力がPh(MPa)、蒸発圧力がPl(MPa)の場合の冷凍サイクルを示している。このモリエル線図において、線図上に示す点A~点Gの各々は、図1の冷媒回路10に示した点A~点Gにおける冷媒の状態に対応する。また、点Xは飽和曲線上の臨界点であり、点Xより比エンタルピが小さい側が飽和液線、点Xより比エンタルピが大きい側が飽和蒸気線である。また、点Yは飽和蒸気線上における圧力の変化に対する比エンタルピの変化の仕方が変わる点であり、具体的には、点Yより圧力が高い場合は、圧力が高くなるのにつれて比エンタルピが小さくなり、点Yより圧力が低い場合は、圧力が低くなるのにつれて比エンタルピが小さくなる。
<Behavior of the refrigerant circuit during heating operation>
Next, the operation of the
室内機3が暖房運転を行う場合、冷媒回路10は、図1に示すように四方弁22を実線で示す状態、すなわち、四方弁22のポートaとポートdが連通するよう、また、ポートbとポートcが連通するよう、切り替える。これにより、冷媒回路10において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器23が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器31が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。なお、前述したように、開閉弁29は暖房運転時は開かれている。
When the indoor unit 3 performs a heating operation, the
圧縮機21で圧縮されて高圧となった冷媒(図2の点Bの状態となった冷媒)は圧縮機21から吐出管61へと吐出され、吐出管61を流れて四方弁22に流入し、四方弁22から室外機ガス管64を流れ閉鎖弁26を介してガス管5に流入する。ガス管5を流れる冷媒は、ガス管接続部34を介して室内機3に流入する。
Refrigerant compressed by the
室内機3に流入した冷媒は、室内機ガス管92を流れて室内熱交換器31に流入し、室内ファン32の回転により室内機3の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器31が凝縮器として機能し、室内熱交換器31で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機3が設置された室内の暖房が行われる。
The refrigerant that has flowed into the indoor unit 3 flows through the indoor
室内熱交換器31から流出した冷媒(図2の点Cの状態となった冷媒)は室内機液管91を流れ、液管接続部33を介して液管4に流入する。液管4を流れ閉鎖弁25を介して室外機2に流入した冷媒は、室外機液管63を流れて第1膨張弁27aへと流れる。第1膨張弁27aの開度は、吐出温度センサ73で検出した吐出温度が、外気温度や室内機3で要求される暖房能力に応じて予め定められている目標温度となるように調整されている。なお、具体的な第1膨張弁27aの開度調整方法については、冷房運転の際に説明した方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。
The refrigerant that has flowed out of the indoor heat exchanger 31 (refrigerant in the state of point C in FIG. 2) flows through the indoor unit
第1膨張弁27aを通過する際に減圧されてガス冷媒に対して液冷媒の割合が大きい気液二相状態となった冷媒(図2の点Dの状態となった冷媒)は、室外機液管63から第1液分管67へと流れ、開かれている開閉弁29を介して気液分離器28に流入する。気液分離器28に流入した気液二相冷媒は、気液分離器28の内部で液冷媒とガス冷媒とに分離される。
Refrigerant in a gas-liquid two-phase state (refrigerant in the state of point D in FIG. 2), which is decompressed when passing through the
気液分離器28の内部で分離された飽和液冷媒(図2の点Eの状態となった冷媒。なぜ飽和液冷媒となるのかについては、後述する)は、第2液分管68へと流出して第2膨張弁27bへと流れる。第2膨張弁27bは、流出液冷媒温度センサ77で検出した流出液冷媒温度と、熱交温度センサ75で検出した第2膨張弁27bから流出した冷媒の温度との温度差が、予め定めた目標値となるように、開度が調整されている。
The saturated liquid refrigerant separated inside the gas-liquid separator 28 (refrigerant in the state of point E in FIG. 2. The reason why it becomes the saturated liquid refrigerant will be described later) flows out to the second
具体的には、温度差が目標値より大きい場合は、第2膨張弁27bの開度が現在の開度より大きくされる。第2膨張弁27bの開度が大きくされるほど、第2膨張弁27bを通過する液冷媒が減圧される程度が小さくなるため、流出液冷媒温度と第2膨張弁27bから流出した冷媒の温度との温度差が小さくなる。一方、温度差が目標値より小さい場合は、第2膨張弁27bの開度が現在の開度より小さくされる。第2膨張弁27bの開度が小さくされるほど、第2膨張弁27bを通過する液冷媒が減圧される程度が大きくなるため、第2膨張弁27bから流出した冷媒の温度が低下して流出液冷媒温度との温度差が大きくなる。
Specifically, when the temperature difference is greater than the target value, the degree of opening of the
ここで、上述した目標値は、第2膨張弁27bから流出する冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合を所望の割合とするために定められる値である。具体的には、室外熱交換器23の図示しない冷媒流路を冷媒が流れる際の圧力損失を低減するよりも、冷媒回路10に充填する冷媒量の削減を優先したい場合は、目標値を大きい値としてこの目標値となるように第2膨張弁27bの開度を調整することで、第2膨張弁27bから室外熱交換器23へと流れる冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合を多くする。一方、冷媒回路10に充填する冷媒量の削減よりも、室外熱交換器23の図示しない冷媒流路を冷媒が流れる際の圧力損失を低減することを優先したい場合は、目標値を小さい値としてこの目標値となるように第2膨張弁27bの開度を調整することで、第2膨張弁27bから室外熱交換器23へと流れる冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合を少なくする。
Here, the above-described target value is a value that is determined to achieve a desired ratio of the gas refrigerant to the liquid refrigerant in the refrigerant flowing out from the
但し、上記目標値を定める際には、図2に示す点Gの圧力が点Yの圧力を超えないように定める必要がある。詳しくは後述するが、点Gの圧力が点Yの圧力を超えている場合は、第3膨張弁27cの開度を調整して第3膨張弁27cの冷媒出口側における冷媒の過熱度が0degかつ乾き度が1の飽和ガス冷媒としても、第3膨張弁27cで減圧される前の冷媒、つまり、気液分離器28からバイパス管69に流出して第3膨張弁27cに流入する冷媒の状態は、当該冷媒の比エンタルピの値が飽和蒸気線上の比エンタルピの値より大きくなる過熱ガス状態となる。本発明では、第3膨張弁27cに流入する冷媒の状態を、過熱ガス状態とするのではなくガス冷媒にわずかに液冷媒が混ざった状態としたいため、点Gの圧力が点Yの圧力を超えないように目標値を定める。
However, when determining the target value, it is necessary to determine the pressure at point G shown in FIG. 2 so as not to exceed the pressure at point Y. Although details will be described later, when the pressure at point G exceeds the pressure at point Y, the opening degree of the
第2膨張弁27bを通過して減圧されて液冷媒の割合が高い気液二相冷媒となった冷媒(図2の点Fの状態となった冷媒)は、第2液分管68を流れ、第2逆止弁30bを通過して室外機液管63へと流入する。室外機液管63を流れて室外熱交換器23に流入した冷媒は、室外ファン24の回転により室外機2の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器23から冷媒配管62に流出した冷媒は、四方弁22、吸入管66を流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
The refrigerant that has passed through the
一方、気液分離器28の内部で分離されたガス冷媒は、バイパス管69に流出して第3膨張弁27cへと流れる。第3膨張弁27cは、流出ガス冷媒温度センサ78で検出した流出ガス冷媒温度から、流出ガス冷媒圧力センサ72で検出した圧力を用いて算出する冷媒温度を減じた求めた値(以降、流出ガス冷媒過熱度と記載する)が0degとなるように、つまり、バイパス管69に流出する冷媒が飽和ガス冷媒となるように開度が調整される。具体的には、求めた流出ガス冷媒過熱度が0degより大きいである場合は、第3膨張弁27cの開度は現在の開度より大きくされる。一方、求めた流出ガス冷媒過熱度が0degであれば、第3膨張弁27cの開度は現在の開度より小さくされる。
On the other hand, the gas refrigerant separated inside the gas-
ここで、第3膨張弁27cの開度の変化によって、気液分離器28の内部における冷媒の状態や、第2液分管68およびバイパス管69に流出する冷媒がどのように変化するのかを説明する。前述したように、気液分離器28に流入した冷媒は、図2の点Dで示す状態、つまり、ガス冷媒に対して液冷媒の割合が多い状態となっている。
Here, how the state of the refrigerant inside the gas-
まず、第3膨張弁27cの開度が小さい場合に、気液分離器28からバイパス管69へと流出するガス冷媒の量は、気液分離器28に流入した冷媒におけるガス冷媒の量より少なく、かつ、ガス冷媒のみがバイパス管69へと流出する。このため、第3膨張弁27cの開度が小さい場合に、気液分離器28からバイパス管69へと流出するガス冷媒の状態は、過熱度が0degかつ乾き度が1の飽和ガス状態(図2に示す点Gが飽和蒸気線上にある状態)となる。一方、気液分離器28から第2液分管68へと流出する冷媒の状態は、液冷媒にわずかにガス冷媒が混ざった状態(図2の点Eが少し点D側に寄った状態)となる。
First, when the opening degree of the
次に、第3膨張弁27cの開度を大きくしていくにつれて、気液分離器28からバイパス管69へと流出するガス冷媒の状態は変わらないまま(過熱度0degの飽和ガス冷媒のまま)、バイパス管69へと流出するガス冷媒の量が多くなり、ある第3膨張弁27cの開度で気液分離器28に流入した冷媒におけるガス冷媒の量と同じ量のガス冷媒が、気液分離器28からバイパス管69へと流出する。このとき、気液分離器28から第2液分管30bへと流出する冷媒の状態は、ガス冷媒を含まない飽和液状態(図2の点Eに示す状態)となる。
Next, as the opening degree of the
そして、第3膨張弁27cの開度を上記の大きさからさらに大きくしていくと、気液分離器28からバイパス管69へと流出するガス冷媒の量が、気液分離器28に流入した冷媒におけるガス冷媒の量より多くなって、気液分離器28の内部に滞留していたガス冷媒もバイパス管69へと流れる。これにより、気液分離器28の内部では、液冷媒の滞留量が増加して液面が上昇し、液面が気液分離器28の内部のバイパス管69の開口部に達して、気液分離器28からバイパス管69へと流れるガス冷媒に液冷媒がわずかに含まれる状態(図2の点Gに示す状態)となる。
When the degree of opening of the
本実施形態の空気調和機1では、以上に説明した第3膨張弁27cの開度の変化により気液分離器28の内部における冷媒の状態が変化することや、第2液分管68およびバイパス管69に流出する冷媒の状態が変化することを利用して、第3膨張弁27cの開度を調整して流出ガス冷媒温度センサ78で検出した流出ガス冷媒温度から、流出ガス冷媒圧力センサ72で検出した圧力を用いて求めた冷媒の温度を減じて求めた値(以降、流出ガス冷媒過熱度と記載する)が0degとなる状態(図2の点Aに示す状態)、つまり、飽和ガス状態にする。第3膨張弁27cから流出した冷媒を飽和ガス冷媒とすることで、第3膨張弁27cで減圧される前の冷媒、つまり、気液分離器28からバイパス管69へと流出する冷媒の状態を、図2の点Gで示す状態、つまり、ガス冷媒に液冷媒がわずかに混ざった状態とできる。
In the air conditioner 1 of the present embodiment, the state of the refrigerant inside the gas-
前述したように、気液分離器28からバイパス管69へと流れるガス冷媒に液冷媒がわずかに含まれる状態となっているときは、気液分離器28の内部で液冷媒の滞留量が増加して液面が上昇し、液面が気液分離器28の内部のバイパス管69の開口部より達している。そして、液面高さがバイパス管69の開口部に達するまでの量の液冷媒が気液分離器28の内部に滞留していれば、気液分離器28の密閉容器側面の下方に設けられている液冷媒出口から第2液分管30bへと流出する冷媒が、ガス冷媒を含まない飽和液冷媒に確実になっている。
As described above, when the gas refrigerant flowing from the gas-
以上に説明したように、第3膨張弁27cから流出した冷媒が飽和ガス冷媒となるように第3膨張弁27cの開度を調整すれば、気液分離器28の内部において液冷媒の液面高さをバイパス管69の開口部付近(第3膨張弁27cの開度によって液面高さがバイパス管69の開口部に達する状態とわずかに達しない状態を繰り返す状態)とでき、液面高さをバイパス管69の開口部付近とすることで気液分離器28から第2液分管68へと流出する冷媒を飽和液冷媒とすることができる。従って、第2液分管68へと流出した飽和液冷媒を第2膨張弁27bで減圧することで、第2膨張弁27bから第2液分管68に流出する冷媒の状態を、ガス冷媒に対し液冷媒の割合が多い気液二相状態(図2の点Fに示す状態)と確実にできる。これにより、冷媒回路10に充填する冷媒量を削減しても、暖房運転時に凝縮器として機能している室内熱交換器31における凝縮能力が低下して暖房能力が低下することを抑制できる。
As described above, if the degree of opening of the
なお、本発明は、室外熱交換器がマイクロ流路熱交換器である場合に、よりその効果が発揮される。マイクロ流路熱交換器は、フィンアンドチューブ式熱交換器などの通常の熱交換器と比べて小型かつ伝熱性が高いので、冷媒回路に充填する冷媒量を通常の熱交換器を備える場合と比べて削減できる。その一方で、マイクロ流路熱交換器の冷媒流路は通常の熱交換器の冷媒流路よりも流路断面積が小さいために、マイクロ流路熱交換器の冷媒流路を冷媒が流れる際の圧力損失が大きくなり、マイクロ流路熱交換器に流入する冷媒におけるガス冷媒の割合が大きくなるのにつれて、圧力損失が大きくなる。 The present invention is more effective when the outdoor heat exchanger is a micro-channel heat exchanger. Compared to ordinary heat exchangers such as fin-and-tube heat exchangers, microfluidic heat exchangers are smaller and have higher heat transfer properties. can be reduced by comparison. On the other hand, since the cross-sectional area of the refrigerant channel of the micro-channel heat exchanger is smaller than that of a normal heat exchanger, when the refrigerant flows through the micro-channel heat exchanger, The pressure drop increases as the proportion of gaseous refrigerant in the refrigerant entering the microchannel heat exchanger increases.
従って、室外熱交換器がマイクロ流路熱交換器である場合は、暖房運転時にマイクロ流路熱交換器に流入する冷媒が液冷媒であるほうが望ましい。しかし、前述したように、暖房運転時にマイクロ流路熱交換器に流入する冷媒を液冷媒すれば、気液分離器からマイクロ流路熱交換器までの間が液冷媒で満たされることによって、室内熱交換器31における凝縮能力が低下して暖房能力が低下する恐れがある。
Therefore, when the outdoor heat exchanger is a micro-channel heat exchanger, it is preferable that the refrigerant flowing into the micro-channel heat exchanger during heating operation is a liquid refrigerant. However, as described above, if the refrigerant flowing into the microchannel heat exchanger during heating operation is liquid refrigerant, the space between the gas-liquid separator and the microchannel heat exchanger is filled with liquid refrigerant, resulting in There is a possibility that the condensation capacity of the
しかし、本発明の空気調和機1では、前述したように、暖房運転時に気液分離器28から流出した液冷媒を気液分離器28の液冷媒流出口の近傍に配置されている第2膨張弁27bによって液冷媒の割合の高い気液二相状態として室外熱交換器23へと流す。従って、室外熱交換器23をマイクロ流路熱交換器としても、マイクロ流路熱交換器を冷媒が流れる際の圧力損失を最小限に抑えつつ、気液分離器28から室外熱交換器23までの間が液冷媒で満たされることによって、室内熱交換器31における凝縮能力が低下して暖房能力が低下するという状態が発生しないようにできる。
However, in the air conditioner 1 of the present invention, as described above, the liquid refrigerant that has flowed out of the gas-
また、以上説明した実施形態では、第1膨張弁27aの開度が吐出温度センサ73で検出した吐出温度が予め定められている目標温度となるように調整され、第2膨張弁27bの開度が熱交温度センサ75で検出した第2膨張弁27bから流出した冷媒の温度との温度差が目標値となるように調整される場合を説明した。しかし、第1膨張弁27aの開度調整方法と、第2膨張弁27bの開度調整方法とを入れ替えても、本発明の効果が発揮される。
Further, in the embodiment described above, the opening degree of the
1 空気調和機
2 室外機
3 室内機
10 冷媒回路
21 圧縮機
22 四方弁
23 室外熱交換器
27a 第1膨張弁
27b 第2膨張弁
27c 第3膨張弁
28 気液分離器
29 開閉弁
30a 第1逆止弁
30b 第2逆止弁
31 室内熱交換器
67 第一液分管
68 第二液分管
69 バイパス管
72 流出ガス冷媒圧力センサ
75 熱交温度センサ
77 流出液冷媒温度センサ
78 流出ガス冷媒温度センサ
1
Claims (1)
第3膨張弁を備え前記気液分離器から前記圧縮機へと冷媒を導くバイパス管と、
を有する空気調和機であって、
前記第1膨張弁の開度は、前記第2膨張弁に流入する冷媒の温度と、前記第2膨張弁から流出した冷媒の温度との温度差が所定の目標値となるように調整され、
前記第2膨張弁の開度は、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように調整され、
前記第3膨張弁の開度は、同第3膨張弁から流出した冷媒が飽和ガス冷媒となるように調整されて、前記第2膨張弁から流出する冷媒が、ガス冷媒に対する液冷媒の割合が高い気液二相冷媒とされる、
ことを特徴とする空気調和機。 a refrigerant circuit in which refrigerant circulates in the order of the compressor, the indoor heat exchanger, the first expansion valve, the gas-liquid separator, the second expansion valve, and the outdoor heat exchanger during heating operation;
a bypass pipe that has a third expansion valve and guides refrigerant from the gas-liquid separator to the compressor;
An air conditioner having
The degree of opening of the first expansion valve is adjusted so that the temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing into the second expansion valve and the temperature of the refrigerant flowing out of the second expansion valve becomes a predetermined target value,
The degree of opening of the second expansion valve is adjusted so that the discharge temperature, which is the temperature of the refrigerant discharged from the compressor, reaches a predetermined target temperature,
The degree of opening of the third expansion valve is adjusted so that the refrigerant flowing out of the third expansion valve becomes saturated gas refrigerant, and the refrigerant flowing out of the second expansion valve has a ratio of liquid refrigerant to gas refrigerant. High gas-liquid two-phase refrigerant,
An air conditioner characterized by:
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