JPH0420749A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は室内を所要の温度に空調する空気調和装置に関
するものであり、特に、ヒートポンプ方式を採用した空
気調和機に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の空気調和機として、例えば、特開昭５８
−１４８３５８号公報に掲載の技術を挙げることができ
る。

第４図は従来の空気調和機の冷凍サイクルを示す基本構
成図、第５図は他の従来例の空気調和機の冷凍サイクル
を示す基本構成図である。

第４図において、（１）はガス冷媒を高温高圧に圧縮し
て流出させる圧縮機、（２）は前記圧縮機（１）から流
出するガス冷媒を熱交換によって冷却して液冷媒に変換
する凝縮器である。この凝縮器（２）が交換するガス冷
媒の熱は、室内を暖房する熱源となるものである。（３
）は前記凝縮器（２）から流出する液冷媒の流量を温度
制御する温度式自動膨脂弁である。即ち、この温度式自
動膨脂弁（３）は、前記圧縮機（１）の吸入側の冷媒過
熱度に応じて、流通する液冷媒の流量を制御するもので
ある。（４）は前記温度式自動膨脂弁（３）によって流
量制御された液冷媒に混入しているガス冷媒を分離する
気液分離器、（５）は前記気液分離器（４）の液冷媒の
出口側に取付けられ、流入する液冷媒の流量を所定の抵
抗で制御するキャピラリーチューブ、（６）は前記キャ
ピラリーチューブ（５）から流入する液冷媒を蒸発させ
る蒸発器である。この蒸発器（６）はこの液冷媒の蒸発
時に生ずる蒸発潜熱によって冷却され、熱交換されて室
内を冷却するものである。

（７）は前記蒸発器（６）の冷媒の出口側に設けらた温
度センサである。この温度センサ（７）は前記蒸発器（
６）から流出する冷媒の温度、即ち、冷媒過熱度を検出
し、前記温度式自動膨脂弁（３）に出力する温度センサ
である。また、前記温度式自動膨脂弁（３）は温度セン
サ（７）の出力に応じて、前記気液分離器（４）に流入
する冷媒の流量を一定に制御するものである。

（８）は前記気液分離器（４）と圧縮器（１）間に設け
られたカスインジェクション用の配管である。このガス
インジェクション用配管（８）は気液分離器（４）で分
離されたガス冷媒を圧縮器（１）の圧縮行程内に注入す
るものである。

次に、上記のように構成された従来の空気調和器の冷凍
サイクルの動作について説明する。

圧縮器（１）の圧縮動作によって圧縮されて高温となっ
たガス冷媒は、凝縮器（２）で室内の空気と熱交換を行
なって室内を暖房する。

前記凝縮器（２）において室内空気に熱を放出して冷却
された冷媒は、ガス冷媒を含む液冷媒となり、温度式自
動膨脂弁（３）を通って気液分離器（４）に流入して、
ここでガス冷媒と液冷媒に分離され、液冷媒は蒸発器（
６）に流入する。

一方、前記気液分離器（４）において分離さたガス冷媒
は、ガスインジェクション用配管（８）を通して圧縮器
（１）のシリンダ内に注入される。

これによって、気液分離器（４）で分離された液冷媒を
減圧して蒸発器（６）の入口側のエンタルピを低下させ
ると共に、前記圧縮機（１）の圧縮する冷媒の量を増加
させて暖房の能力を上昇させものである。

また、温度センサ（７）は外気温度の低下によよって変
化する蒸発器（６）の出口側のガス冷媒の温度を冷媒過
熱度として検出し、前記温度式自動膨脂弁（３）は温度
センサ（７）の出力に応して流通させる冷媒の流量を可
変し、気液分離器（４）内の液冷媒を一定量に保つこと
によって、前記蒸発器（６）の冷媒加熱度を一定に保ち
、暖房の能力の低下を防ぐものである。

また、第５図に示す他の従来例の空気調和機の冷凍サイ
クルにおいては、気液分離器（４）と蒸発器（６）の間
に取付けられたキャピラリーチューブ（５ａ）と、前記
キャピラリーチューブ（５ａ）と並列に気液分離器（４
）の上部側面から蒸発器（６）の冷媒人口間にキャピラ
リーチューブ（５ｂ）を接続したものである。

上記のように構成された他の従来例においては、気液分
離器（４）の液面がキャピラリーチューブ（５ｂ）の接
続部より低下すると、冷媒はキャピラリーチューブ（５
ａ）のみを通るため、蒸発器（６）に流入する冷媒流量
は減少し、前記蒸発器（６）の冷媒過熱度は上昇する。

このとき、温度センサ（７）の温度検出によって膨張弁
（３）が動作し、冷媒の流量を増加して気液分離器（４
）の液面を−Ｆ昇させる。これによって、気液分離器（
４）の液面はキャピリーチューブ（５ｂ）の接合部分の
高さと一定となり、前記蒸発器（６）の冷媒過熱度と冷
媒の流量分布とを一定に保つ。

なお、上記説明した従来の空気調和機のガスインジェク
ション方式を採用した冷凍サイクルの技術として、他に
、特開昭５９−８１４５４号公報に掲載の圧縮機の保護
を目的としたもの、特開昭５６＝１０５２５８号公報に
掲載のガスインジェクション回路の改善に関するもの、
そして、特開昭５５−５６５７１号公報に掲載の液イン
ジェクション方式に関するもの等がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の空気調和機は、上記のように構成されていたから
、気液分離器（４）の冷媒の液面を一定に制御すること
によって、蒸発器（６）の冷媒過熱度を一定に制御して
いた。

しかし、前記気液分離器（４）の冷媒の液面の制御は蒸
発器（６）の出口側の冷媒過熱度を予め設定された値に
制御するものであり、前記蒸発器（６）の冷媒の入口と
出口のエンタルピ差は、ガスインジェクション用配管（
８）で形成されるガスインジェクション方式によって還
流されるガス冷媒の量によってほぼ決定されるものであ
る。したがって、前記蒸発器（６）のエンタルピ差をこ
れ以上に大きくてきるものではなかった。また、前記蒸
発器（６）のエンタルピ差を大きくするために、前記気
液分離器（４）と圧縮器（１）間のガスインジェクショ
ン用配管（８）にガス冷媒に少量の液冷媒を混入させる
方法を採用した場合には、ガスインジェクション用配管
（８）を流通する冷媒の分布が均一とならないため、前
記圧縮器（１）の能力が不安定になると共に、液冷媒が
圧縮器（１）に直接流入すると液圧縮を発生させ、故障
の原因となる可能性もあった。

そこで、本発明は蒸発器のエンタルピ差を大きく設定で
きる空気調和機の提供を課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明にかかる空気調和機は、圧縮機で圧縮された冷媒
が循環する冷凍サイクルの気液分離器と前記第１の減圧
装置との間の液冷媒流出側に熱交換器を介在させ、前記
気液分離器の液冷媒流出側を分流し、前記圧縮器の吸入
口側に前記分流した冷媒を循環させると共に、前記熱交
換器において前記第１の減圧装置側の冷媒を過冷却液冷
媒とすべく冷却するものである。

［作用］ 本発明においては、気液分離器からの液冷媒を分流して
、一方に流れる液冷媒を熱交換器に流入させ、他方を第
２の減圧装置を通して減圧して低温冷媒とし、これを分
流された一方に流れる液冷媒を冷却する冷却冷媒として
使用し、前記気液分離器から流出する液冷媒を冷却して
過冷却液冷媒とする。このため、蒸発器のエンタルピ差
が大きくとれる。なお、これに供した分流された冷却用
冷媒は圧縮機の吸入側に還流される。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の空気調和機の冷凍サイクル
を示す基本構成図である。なお、図中、従来例と同−符
号及び同一記号は、従来例の構成部分と同一または相当
部分を示すものであるから、ここでは、重複する説明を
省略する。

第１図において、（１１）は気液分離器（４）とキャピ
ラリーチューブ（５）の間に取付けられた熱交換器であ
る。この熱交換器（１１）は前記気液分離器（４）から
流出する液冷媒の流出配管を分流し、その分流した一方
を熱交換器（１１）の液入口とし、また、その熱交換器
（１１）の液出口を前記キャピラリーチューブ（５）に
接続したものである。（１２）は前記気液分離器（４）
の液流出配管の分流された他方の配管と、前記熱交換器
（１１）の他の管路との間に配管したキャピラリーチュ
ーブである。このキャピラリーチューブ（１２）は、前
記熱交換器（１１）に流出する液冷媒の管路相互間で熱
交換を行ない、気液分離器（４）、熱交換器（１１）、
キャピラリーチューブ（５）側に流れる冷媒を前記熱交
換器（１１）で過冷却するために、低圧・低温の二相冷
媒にするものである。このため、前記熱交換器（１１）
から圧縮機（１）に流出する二相冷媒は、ガス化した冷
媒となる。即ち、前記熱交換器（１１）は分流された配
管の一方に流かれる液冷媒とキャピリーチューブ（１２
）を通って低圧・低温の状態になった冷媒の間で熱交換
を行ない、気液分離器（４）から流出する液冷媒を過冷
却液冷媒としてキャピラリーチューブ（５）に流出させ
るものである。

（１３）は前記熱交換器（１１）のガス出口と圧縮器（
１）の吸入側を接続する配管である。この配管（１３）
は、前記熱交換器（１１）内における熱交換によってガ
ス化した冷媒を圧縮機（１１）に吸入させるものである
。

また、図中“ＧＣ”は凝縮器（２）を流通する冷媒の流
量、“ＧＥ”は蒸発器（６）を流れる冷媒の流量、“Ｇ
ｓｃ″は前記配管（１３）を流れる冷媒の流量であり、
これらの流量の間には次の関係式が成立するものである
。

ＧＣ−Ｇｌ　−Ｇｓｃ＝ＧＥ　　Φ・φ（１）次に、上
記のように構成された本実施例の空気調和機の冷凍サイ
クルの能力について、第２図、第３図のモリエル線図を
用いて説明する。

第２図は本発明の一実施例の空気調和機の冷凍サイクル
のモリエル線図、第３図は従来の空気調和機の冷凍サイ
クルのモリエル線図である。

第２図、第３図において、ｒ、Ｐ　ｃ　Ｊは凝縮器（２
）内の凝縮圧力、ｒＰｅＪは蒸発器（６）内の蒸発圧力
、ｒＰｍＪは気液分離器（４）内の圧力である。ｒｌｍ
ｌＪは前記気液分離器（４）で分離された飽和液である
液冷媒のエンタルピ、ｒｌｓＪは圧縮機（１）に吸入さ
れる冷媒のエンタルピ、「Ｉ　ｍ５ｃＪは熱交換器（１
１）において冷却され過冷却液となり、減圧装置（５）
を通して蒸発器（６）に流入する液冷媒のエンタルピで
ある。なお、ここでは管内圧損を無視している。

第２図において、圧縮機（１）で圧縮され飽和ガスとな
った冷媒は凝縮圧力“Ｐｃ”で凝縮器（２）内で冷却さ
れ流量“Ｇｃ”の飽和液冷媒となって気液分離器（４）
内において分離され、ガス冷媒はガスインジェクション
用配管（８）を通って流量“Ｇ１”が流出し、前記気液
分離機（４）内の圧力は低下して飽和液冷媒のエンタル
ピはｒｌｍｌＪとなる。

前記気液分離機（４）から圧力“Ｐｍ”で流出した飽和
液冷媒は、熱交換器（１１）において熱交換されて冷却
され、エンタルピが低下してエンタルピｒ　Ｉ　ｍ５ｃ
Ｊの過冷却液冷媒となる。このときの熱交換の熱収支は
次式で表わすことができる。

ＧＥ　　（１ｍｌ−ＩｍＳＣ） ＝ＧｓＣ（ＩＳ−１ｍｌ）　　・・（２）また、蒸発器
（６）の処理能力“ＱＥ”は、ＱＥ−ＧＥ　（ＩＳ−Ｉ
ｍＳＣ）　　φ・・（３）である。

一方、第３図に示された従来のガスインジェクション方
式の蒸発器（６）に流入する飽和液冷媒の流量“ＧＥ”
”及びその処理能力“ＱＥ’″は、ＧＥ　’　＝ＣＨ＋
Ｇｓｃ　　φ壷・・・拳−（４）ＱＥ’　＝ＧＥ’　　
（Ｉｓ−１ｍｌ）　　・・（５）となる。

上式■及び■を変形すると、 ＱＥ＝ＧＥ　　（Ｉｓ−１ｍｌ） ＋ＧＥ　　（１ｍｌ−Ｉｍｓｃ）　　　・（３’）ＱＥ
’　　＝ＣＨ（Ｉｓ−１ｍｌ） ＋Ｇｓｃ（Ｉ　５−１ｍ１）　　　・　（５’）となる
。

上記（２）式から、（３′）である本発明の蒸発器（６
）の処理能力“ＱＥ”はＱＥ　＝ＱＥ　’　となる。

このことは、熱交換器（１１）及びキャピラリーチュー
ブ（１２）を取付けたことによる蒸発器（６）の処理能
力に影響を与えることなく、蒸発器（６）の人口の液冷
媒をエンタルピ「ｌｍ５ｃＪに低下させることができる
。

このように、上記実施例の空気調和機は、圧縮機（１）
において圧縮された高温高圧のガス冷媒が、前記圧縮機
（１）の流出したガス冷媒の熱交換を行なう凝縮器（２
）と、前記凝縮機（２）の熱交換によって液化した冷媒
の流量を冷媒過熱度に応じて制御する温度式自動膨脹弁
（３）と、前記温度式自動膨脹弁（３）によって流量制
御された液冷媒に混入したガス冷媒を分離する気液分離
器（４）と、前記気液分離器（４）で分離した液冷媒を
減圧するキャピラリーチューブ（５）からなる第１の減
圧装置と、前記第１の減圧装置で減圧された液冷媒を蒸
発させる蒸発器（６）からなる圧縮機（１）で圧縮され
た冷媒が循環する冷凍サイクルと、前記冷凍サイク・ル
の気液分離器（４）で分離するガス冷媒を圧縮機（１）
の圧縮行程内に還流させるガスインジェクション用配管
（８）からなるガスインジェクションサイクルと、前記
気液分離器（４）と前記気液分離器（４）で分離した液
冷媒を減圧するキャピラリーチューブ（５）からなる第
１の減圧装置との間の液冷媒流出側に介在させた熱交換
器（１１）と、前記気液分離器（４）の液冷媒流出側を
分流し、前記圧縮器（１）の吸入口側に前記分流した冷
媒を循環させると共に、前記熱交換器（１１）において
前記第１の減圧装置側の冷媒を過冷却液冷媒とすべく冷
却するキャピリーチューブ（１２）からなる第２の減圧
装置及び前記熱交換器（１１）を循環路とする冷媒冷却
サイクルとを備えるものである。

したがって、本実施例は、気液分離器（４）において分
離された液冷媒が、熱交換器（１１）において熱交換さ
れ過冷却液冷媒となる。このため、蒸発器（６）の入口
側の液冷媒のエンタルピが低下してエンタルピ差が大き
くとれる。故に、蒸発器（６）の能力を一定にしたとき
は流入する冷媒流量を少なくでき、また、蒸発器（６）
の流入口の乾き度も小さくなる。このことは、前記蒸発
器（６）における流速の速いガスの流通が少ないことを
意味するものである。この結果、大きく管内圧損を低下
させることができ能力と成績係数を上昇させる。

ところで、本実施例においては、温度式自動膨張弁（３
）を温度センサ（７）の検出する温度によって流量を制
御するものとしたが、本発明を実施する場合には、特に
これに限定されるものではなく、同様の機能を有するも
の、例えば、電子制御の膨張弁としても同様の効果を有
する。

また、第１の減圧装置（５）及び第２の減圧装置（１２
）はキャピラリーチューブで構成したものとしたが、本
発明を実施する場合には、特に、これに限定されるもの
ではなく、同様の機能を有するものであればよい。

［発明の効果コ 以上のように、本発明の空気調和機は、圧縮機で圧縮さ
れた冷媒が循環する冷凍サイクルと、その冷凍サイクル
を形成する気液分離器と第１の減圧装置との間の液冷媒
流出側に介在させた熱交換器とを具備し、更に、前記気
液分離器の液冷媒流出側を分流し、前記圧縮器の吸入口
側に前記分流した冷媒を循環させると共に、前記熱交換
器において前記第１の減圧装置側の冷媒を過冷却液冷媒
とすべく冷却する第２の減圧装置及び前記熱交換器を循
環路とする冷媒冷却サイクルを形成したものであるから
、気液分離器からの液冷媒を分流して、一方に流れる液
冷媒を熱交換器を介して冷凍サイクルに使用し、他方に
流れる液冷媒を第２の減圧装置を通して減圧して低温冷
媒とし、これを冷凍サイクルの液冷媒を冷却する冷却冷
媒として使用し、前記気液分離器から流出する液冷媒を
冷却して過冷却液冷媒とすることができる。このため、
蒸発器のエンタルピ差が大きくとれ、蒸発器の能力を一
定にしたときは流入する冷媒流量を少なくでき、また、
蒸発器の流入口の乾き度も小さくなる。結果的に、前記
蒸発器における流速の速いガスの流通が少ないことを意
味し、大きく管内圧損を低下させることができ能力と成
績係数を上昇させる。故に、従来のものに比べて能力及
び成績係数を増加させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の空気調和機の冷凍サイクル
を示す基本構成図、第２図は本発明の一実施例の空気調
和機の冷凍サイクルのモリエル線図、第３図は従来の空
気調和機の冷凍サイクルのモリエル線図、第４図は従来
の空気調和機の冷凍サイクルを示す基本構成図、第５図
は他の従来例の空気調和機の冷凍サイクルを示す基本構
成図である。 図において、 １：圧縮機　　　　　　　２：凝縮器 ３：温度式自動膨張弁　　４：気液分離器５：キャビラ
リ−チューブ ６：蒸発器　　　　　　　７：温度センサ８：ガスイン
ジェクション用配管 １１：熱交換器　　　　　１２：減圧装置１３：配管 である。 なお、 図中、 同−符号及び同一記号は同一また は相当部分を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧縮機で圧縮された冷媒が循環する凝縮器、気液分離器
   、第１の減圧装置及び蒸発器を有する冷凍サイクルと、 前記気液分離器と圧縮機とを接続したガスインジェクシ
   ョン用配管からなるガスインジェクションサイクルと、 前記気液分離器と前記第１の減圧装置との間の液冷媒流
   出側に介在させた熱交換器と、 前記気液分離器の液冷媒流出側を分流し、前記圧縮器の
   吸入口側に前記分流した冷媒を循環させると共に、前記
   熱交換器において前記第１の減圧装置側の冷媒を過冷却
   液冷媒とすべく冷却する第２の減圧装置及び前記熱交換
   器を循環路とする冷媒冷却サイクルと を具備することを特徴とする空気調和機。