JPH08145484A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 封入組成と循環組成がほぼ一致した非共沸混
合冷媒を用いた空気調和機の提供。 【構成】 室外機8と、複数台の室内機12a,12bを配管接続
し、冷媒貯留器5を設け、冷媒貯留器5の底部に室外膨張弁
6からの配管と室内膨張弁10aからの配管がそれぞれ冷媒
貯留器5の内部に突出しないように接続され、非共沸混合
冷媒を封入し、圧縮機1の吸入部での冷媒の過熱度を検知
する過熱度検知器13と、冷房時には室外熱交換器3の出口
あるいは暖房時には室内熱交換器9aの出口での冷媒の過
冷却度を検知する過冷却度検知器14あるいは15aと、過熱
度検知器13によって検知された過熱度が適正な範囲内と
なるように冷房時には室内膨張弁10aあるいは暖房時に
は室外膨張弁6を操作する過熱度制御器16と、過冷却度検
知器17によって検知された過冷却度が適正な範囲内とな
るように冷房時には室外膨張弁6あるいは暖房時には室
内膨張弁10aを操作する過冷却度制御器17を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機に関するも
のであり、特に冷媒として非共沸混合冷媒を用いた空気
調和機に関するものである。

【従来の技術】従来より、複数台の室内機を備えた空気
調和機として図２に示すようなものがある。図２におい
て、１は圧縮機、２は冷房運転、暖房運転の切換を行う
四方弁、３は室外熱交換器、４は室外ファン、５は冷媒
貯留器、６は室外膨張弁、７はアキュムレータであり、
室外機８を構成している。また９ａ、９ｂは室内熱交換
器、１０ａ、１０ｂは室内膨張弁、１１ａ、１１ｂは室
内ファンであり、室内機１２ａ、１２ｂを構成してい
る。室内機１２ａ、１２ｂで冷房を行う場合には、四方
弁２を図２中の実線のように切り換えて室外熱交換器３
を凝縮器として、室内熱交換器９ａ、９ｂを蒸発器とし
て作用させる。また室内機１２ａ、１２ｂで暖房を行う
場合には、四方弁２を図２中の破線のように切り換えて
室外熱交換器３を蒸発器として、室内熱交換器９ａ、９
ｂを凝縮器として作用させる。なお冷媒として一般には
単一冷媒であるＨＣＦＣ２２が用いられている。ここ
で、室外熱交換器３のみが凝縮器として作用する冷房運
転時には、複数の室内熱交換器（本実施例では９ａ、９
ｂの２台）が凝縮器として作用する暖房運転時に比べて
冷媒過充填となり、吐出圧力異常上昇等の不具合を生じ
るが、これを回避するために、冷房運転時に凝縮器とし
て作用する室外熱交換器３で液化された冷媒を冷媒貯留
器５内に液状態で貯留することができるように、冷媒貯
留器５は、冷房運転時には液冷媒が底部から入って頂部
から出るように、また暖房運転時には室外膨張弁６で減
圧されて２相状態となった冷媒が頂部から入って底部か
ら出るように構成されている。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、地球環
境保護の観点からわずかではあるが成層圏オゾン層を破
壊するとしてＨＣＦＣ２２の全廃が決定し、その代替冷
媒として非共沸混合冷媒が有力視されている。この非共
沸混合冷媒では、２相状態での液相と気相では組成が異
なるため、上述した従来の構成の空気調和機に非共沸混
合冷媒を適用した場合には、次のような課題がある。ま
ず冷房運転時には、外気温度が高い時など室外熱交換器
３で冷媒の過冷却が確保できにくい状態になると、冷媒
貯留器５には２相状態の冷媒が底部から流入するが、頂
部からは気相冷媒のみが流出していく。したがって冷媒
貯留器５では蒸留作用が起こり、冷媒貯留器５内には高
沸点成分が多く含まれた非共沸混合冷媒が貯留し、冷凍
サイクル内には低沸点成分が多く含まれた冷媒が循環す
る。このように冷凍サイクル内を循環する冷媒組成は、
あらかじめ設定された封入組成と異なるため、各熱交換
器出口での冷媒過熱度や過冷却度あるいは圧縮機１吸入
部での冷媒過熱度の検知が困難となり、また冷媒組成変
化による効率低下、吐出温度上昇等の不具合や、冷媒過
多状態での運転による効率低下や、吐出圧力上昇などに
よる圧縮機負荷の異常増大といった問題も発生する。ま
た暖房運転時には、室内熱交換器９ａ、９ｂは凝縮器と
して作用するが、室内機運転台数や暖房負荷によって冷
凍サイクル内の冷媒量が過多となるときがあり、従来の
構成では冷媒貯留器５での貯留量を制御することはでき
ず、余剰冷媒はアキュムレータ７で貯留される。しかし
アキュムレータ７は圧縮機１に液冷媒が吸入されないよ
うにアキュムレータ７内の上部の気相冷媒のみを流出さ
せる構成であるので、冷房運転時の冷媒貯留器５と同様
に蒸留作用が起こり、アキュムレータ７内には高沸点成
分が多く含まれた非共沸混合冷媒が貯留し、冷凍サイク
ル内には低沸点成分が多く含まれた冷媒が循環する。こ
のように冷凍サイクル内を循環する冷媒組成は、あらか
じめ設定された封入組成と異なるため、各熱交換器出口
での冷媒過熱度や過冷却度あるいは圧縮機１吸入部での
冷媒過熱度の検知が困難となり、また凝縮器として作用
する室内熱交換器９ａ、９ｂ内の飽和温度変化などによ
る能力不足や効率低下、吐出温度上昇等の不具合も発生
する。本発明は、従来のこのような課題を考慮し、余剰
冷媒が存在するときにも冷凍サイクル内を循環する非共
沸混合冷媒組成が封入組成と異なることを防止し、冷凍
サイクル内を循環する冷媒量を適正化して不具合を解消
し、オゾン層を破壊しない非共沸混合冷媒を用いた空気
調和機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達す
るため、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、室外ファ
ン等からなる室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁、室
内ファン等からなる室内機を配管接続し、室外膨張弁と
室内膨張弁の間に冷媒貯留器を設け、冷媒貯留器の底部
に室外膨張弁からの配管と室内膨張弁からの配管をそれ
ぞれ冷媒貯留器の内部に突出しないように接続し、非共
沸混合冷媒を封入したことを特徴とするものである。さ
らに本発明は、圧縮機の吸入部での冷媒の過熱度を検知
する過熱度検知器と、冷房時には室外熱交換器出口ある
いは暖房時には室内熱交換器出口での冷媒の過冷却度を
検知する過冷却度検知器と、過熱度検知器によって検知
された過熱度が適正な範囲内となるように冷房時には室
内膨張弁あるいは暖房時には室外膨張弁を操作する過熱
度制御器と、過冷却度検知器によって検知された過冷却
度が適正な範囲内となるように冷房時には室外膨張弁あ
るいは暖房時には室内膨張弁を操作する過冷却度制御器
を備えたことを特徴とするものである。

【作用】上記構成の空気調和機では、例えば、冷媒貯留
器の底部に室外膨張弁からの配管と室内膨張弁からの配
管をそれぞれ冷媒貯留器の内部に突出しないように接続
したことにより、冷媒貯留器に流入する冷媒と流出する
冷媒はともに２相状態あるいは液冷媒となるので蒸留作
用は起こらず、封入した非共沸混合冷媒組成と実際に冷
凍サイクル内を循環する非共沸混合冷媒組成が異なるこ
とを防止でき、各熱交換器出口での冷媒過熱度や過冷却
度あるいは圧縮機吸入部での冷媒過熱度の検知が容易と
なり、また冷媒組成変化による蒸発器あるいは凝縮器内
の飽和温度変化などによる能力不足や効率低下、吐出温
度上昇等の不具合も解消できる。また、例えば、圧縮機
吸入過熱度と凝縮器として作用する熱交換器出口での過
冷却度が適正な範囲内となるように室内膨張弁や室外膨
張弁を操作することにより、冷媒貯留器に流入あるいは
流出する冷媒量を変化させ、冷媒貯留量を調節すること
ができ、非共沸混合冷媒を用いた空気調和機において
も、循環冷媒組成が封入組成と異なることなく余剰冷媒
を貯留して、冷媒過多状態での運転による効率低下や、
吐出圧力上昇などによる圧縮機負荷の異常増大といった
問題も解消できる。

【実施例】以下に本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明にかかる一実施例の空気
調和機の構成図である。図１において、１は圧縮機、２
は冷房運転、暖房運転の切換を行う四方弁、３は室外熱
交換器、４は室外ファン、５は冷媒貯留器、６は室外膨
張弁、７はアキュムレータであり、室外機８を構成して
いる。また９ａ、９ｂは室内熱交換器、１０ａ、１０ｂ
は室内膨張弁、１１ａ、１１ｂは室内ファンであり、室
内機１２ａ、１２ｂを構成している。ここで冷媒貯留器
５は、室外膨張弁６からの配管と室内膨張弁１０ａ、１
０ｂからの配管がそれぞれ冷媒貯留器５の内部に突出し
ないように接続されている。また、１３は圧縮機吸入部
での冷媒過熱度を検知する過熱度検知器であり、たとえ
ば冷媒の温度、圧力を測定し、その圧力とあらかじめ設
定された非共沸混合冷媒の封入組成での飽和ガス温度相
関式により飽和ガス温度を計算して、測定された温度と
の差により過熱度を決定する。また、１４は冷房時過冷
却度検知器、１５ａ、１５ｂは暖房時過冷却度検知器で
あり、たとえば過熱度検知器１３と同様に冷媒の温度、
圧力を測定して、その圧力とあらかじめ設定された非共
沸混合冷媒の封入組成での飽和液温度相関式により飽和
液温度を計算して、測定された温度との差により、冷房
時には冷房時過冷却度検知器１４あるいは暖房時には暖
房時過冷却度検知器１５ａ、１５ｂで過冷却度を決定す
る。また１６は過熱度制御器であり、過熱度検知器１３
で決定された過熱度が適正な範囲内となるように、冷房
時には室内膨張弁１０ａ、１０ｂを、暖房時には室外膨
張弁６を操作する。さらに１７は過冷却度制御器であ
り、冷房時過冷却度検知器１４あるいは暖房時過冷却度
検知器１５ａ、１５ｂで決定された過冷却度が適正な範
囲内となるように、冷房時には室外膨張弁６あるいは暖
房時には室内膨張弁１０ａ、１０ｂを操作する。次に、
冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、
室外熱交換器３が凝縮器、室内熱交換器９ａ、９ｂがと
もに蒸発器として作用するように四方弁２を設定する。
このとき圧縮機１で圧縮されて高温高圧となったガス冷
媒は四方弁２を経て室外熱交換器３に導入され、室外の
空気と熱交換して液冷媒となる。そして室外膨張弁６、
冷媒貯留器５を経て室内膨張弁１０ａ、１０ｂで減圧さ
れて低温低圧の２相冷媒となり、室内熱交換器９ａ、９
ｂで室内の空気と熱交換して低温のガス冷媒となり、四
方弁２、アキュムレータ７を経て再び圧縮機１で圧縮さ
れる。また、冷房運転時には室外熱交換器３のみを凝縮
器として作用させるので、複数の室内熱交換器（本実施
例では９ａ、９ｂの２台）を凝縮器として作用させる暖
房運転時と比較して冷媒過多状態となり、凝縮器として
作用する室外熱交換器３出口での過冷却度が増大する
が、冷房時過冷却度検知器１４で過冷却度を検知して、
過冷却度制御器１７で過冷却度が適正な範囲内となるよ
うに室外膨張弁６を開方向に操作する。同時に冷媒過多
状態となると室内熱交換器９ａ、９ｂで冷媒は十分に蒸
発しきれずに圧縮機１吸入部あるいはアキュムレータ７
入口側での過熱度は減少するが、過熱度検知器１３で過
熱度を検知して、過熱度制御器１６で過熱度が適正な範
囲内となるように室内膨張弁１０ａ、１０ｂを閉方向に
操作する。すなわち、冷媒貯留器５の入口側に接続され
た室外膨張弁６を開方向、出口側に接続された室内膨張
弁１０ａ、１０ｂを閉方向に操作することにより、冷媒
貯留器５に流入する冷媒が増大し、かつ冷媒貯留器５か
ら流出する冷媒が減少することにより、冷媒の一部が冷
媒貯留器５内に貯留される。このとき冷媒貯留器５の入
口、出口とも冷媒貯留器５底部に接続され、かつ室外膨
張弁６からの配管と室内膨張弁１０ａ、１０ｂからの配
管がそれぞれ冷媒貯留器５の内部に突出しないように接
続されているため、流入、流出する冷媒はともに液状態
であるために蒸留作用は起こらず、冷凍サイクル内を循
環する冷媒と冷媒貯留器５内に貯留される冷媒は同じ組
成となり、すなわち封入組成とほぼ一致するため、過熱
度や過冷却度の検知も容易となり、かつ冷媒組成変化に
よる効率低下、吐出温度上昇等の不具合も解消できる。
さらに、過熱度検知器１３で検知される過熱度と、冷房
時過冷却度検知器１４で検知される過冷却度がともに適
正な範囲内となる（すなわち冷凍サイクル内を循環する
冷媒量が適正となる）まで過熱度制御器１６あるいは過
冷却度制御器１７で室内膨張弁１０ａ、１０ｂあるいは
室外膨張弁６を操作し続けるので、余剰冷媒はすべて冷
媒貯留器５に貯留されることができ、冷媒過多状態によ
る効率低下や、吐出圧力上昇などによる圧縮機負荷の異
常増大といった問題も解消できる。次に暖房時の動作に
ついて説明する。暖房運転時には、室外熱交換器３が蒸
発器、室内熱交換器９ａ、９ｂがともに凝縮器として作
用するように四方弁２を設定する。このとき圧縮機１で
圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は四方弁２を経て
室内熱交換器９ａ、９ｂに導入され、室内の空気と熱交
換して液冷媒となる。そして室内膨張弁１０ａ、１０
ｂ、冷媒貯留器５を経て室外膨張弁６で減圧されて低温
低圧の２相冷媒となり、室外熱交換器３で室外の空気と
熱交換して低温のガス冷媒となり、四方弁２、アキュム
レータ７を経て再び圧縮機１で圧縮される。また、暖房
運転時には室内機運転台数や暖房負荷によって冷凍サイ
クル内の冷媒量が過多となるときがあり、凝縮器として
作用する室内熱交換器９ａ、９ｂ出口での過冷却度が増
大するが、暖房時過冷却度検知器１５ａ、１５ｂで過冷
却度を検知して、過冷却度制御器１７で過冷却度が適正
な範囲内となるように室内膨張弁１０ａ、１０ｂを開方
向に操作する。同時に冷媒過多状態となると室外熱交換
器３で冷媒は十分に蒸発しきれずに圧縮機１吸入部ある
いはアキュムレータ７入口側での過熱度は減少するが、
過熱度検知器１３で過熱度を検知して、過熱度制御器１
６で過熱度が適正な範囲内となるように室外膨張弁６を
閉方向に操作する。すなわち、冷媒貯留器５の入口側に
接続された室内膨張弁１０ａ、１０ｂを開方向、出口側
に接続された室外膨張弁６を閉方向に操作することによ
り、冷媒貯留器５に流入する冷媒が増大し、かつ冷媒貯
留器５から流出する冷媒が減少することにより、冷媒の
一部が冷媒貯留器５内に貯留される。このとき冷媒貯留
器５の入口、出口とも冷媒貯留器５底部に接続され、か
つ室外膨張弁６からの配管と室内膨張弁１０ａ、１０ｂ
からの配管がそれぞれ冷媒貯留器５の内部に突出しない
ように接続されているため、流入、流出する冷媒はとも
に液状態あるいは２相状態であるために蒸留作用は起こ
らず、冷凍サイクル内を循環する冷媒と冷媒貯留器５内
に貯留される冷媒は同じ組成となり、すなわち封入組成
とほぼ一致するため、過熱度や過冷却度の検知も容易と
なり、かつ冷媒組成変化による凝縮器（室内熱交換器９
ａ、９ｂ）内の飽和温度変化などによる能力不足や効率
低下、吐出温度上昇等の不具合も解消できる。さらに、
過熱度検知器１３で検知される過熱度と、暖房時過冷却
度検知器１５ａ、１５ｂで検知される過冷却度がともに
適正な範囲内となる（すなわち冷凍サイクル内を循環す
る冷媒量が適正となる）まで過熱度制御器１６あるいは
過冷却度制御器１７で室外膨張弁６あるいは室内膨張弁
１０ａ、１０ｂを操作し続けるので、余剰冷媒はすべて
冷媒貯留器５に貯留されることができ、冷媒過多状態に
よる効率低下や、吐出圧力上昇などによる圧縮機負荷の
異常増大といった問題も解消できる。上述のように、室
外膨張弁と室内膨張弁の間に冷媒貯留器を設け、冷媒貯
留器の底部に室外膨張弁からの配管と室内膨張弁からの
配管がそれぞれ冷媒貯留器の内部に突出しないように接
続して、非共沸混合冷媒を封入することにより、冷媒貯
留器内での蒸留作用の発生を防止して、冷凍サイクル内
を循環する冷媒と冷媒貯留器内に貯留される冷媒は同じ
組成となり、すなわち封入組成とほぼ一致するため、過
熱度や過冷却度の検知も容易となり、かつ冷媒組成変化
による熱交換器内の飽和温度変化などによる能力不足や
効率低下、吐出温度上昇等の不具合が解消できる。さら
に上記実施例は、圧縮機の吸入部での冷媒の過熱度と、
冷房時には室外熱交換器出口あるいは暖房時には室内熱
交換器出口での冷媒の過冷却度を適正な範囲内となるよ
うに、冷房時には室内膨張弁あるいは暖房時には室外膨
張弁を操作する過熱度制御器と、過冷却度検知器によっ
て検知された過冷却度が適正な範囲内となるように冷房
時には室外膨張弁あるいは暖房時には室内膨張弁を操作
する過冷却度制御器を備えたことにより、余剰冷媒が発
生したときにもその余剰冷媒を冷媒貯留器に貯留して、
冷媒過多状態による効率低下や、吐出圧力上昇などによ
る圧縮機負荷の異常増大といった問題も解消できる。す
なわちオゾン層を破壊しない非共沸混合冷媒を用いた空
気調和機を実現できるものである。なお、本実施例では
二台の室内機が接続された空気調和機として説明した
が、室内機の台数にこだわるものでなく、また室外機に
室内機とともに例えば給湯機などが接続された装置など
についても本発明に含まれるものとする。また、本実施
例では圧縮機吸入部での冷媒の過熱度が適正な範囲内と
なるように室内膨張弁あるいは室外膨張弁を操作すると
したが、蒸発器として作用する熱交換器出口の過熱度を
用いても同様の結果が得られることは明らかであり、本
発明に含まれるものとする。

【発明の効果】以上述べたことから明らかなように本発
明は、非共沸混合冷媒を用いた空気調和機を提供するこ
とが出来るという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例の空気調和機の構成
図。

【図２】従来の空気調和機の構成図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室外熱交換器 ４ 室外ファン ５ 冷媒貯留器 ６ 室外膨張弁 ７ アキュムレータ ８ 室外機 ９ａ、９ｂ 室内熱交換器 １０ａ、１０ｂ 室内膨張弁 １１ａ、１１ｂ 室内ファン １２ａ、１２ｂ 室内機 １３ 過熱度検知器 １４ 冷房時過冷却度検知器 １５ａ、１５ｂ 暖房時過冷却度検知器 １６ 過熱度制御器 １７ 過冷却度検知器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 雄二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも圧縮機、室外熱交換器、室外
   膨張弁、室外ファンを有する室外機と、 前記室外機と配管接続され、少なくとも室内熱交換器、
   室内膨張弁、室内ファンを有する室内機と、 前記室外膨張弁と前記室内膨張弁の間に設けられ、底部
   に前記室外膨張弁からの配管と前記室内膨張弁からの配
   管を接続し、且つそれら配管をそれぞれ内部に突出しな
   いように接続されている冷媒貯留器とを備え、 非共沸混合冷媒が封入されていることを特徴とする空気
   調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機の吸入部での前記冷媒の過熱度を
   検知する過熱度検知器と、 冷房運転の場合には前記室外熱交換器出口、あるいは暖
   房運転の場合には前記室内熱交換器出口での前記冷媒の
   過冷却度を検知する過冷却度検知器と、 前記過熱度検知器によって検知された過熱度が適正な範
   囲内となるように、冷房運転の場合には前記室内膨張
   弁、あるいは暖房運転の場合には前記室外膨張弁を操作
   する過熱度制御器と、 前記過冷却度検知器によって検知された過冷却度が適正
   な範囲内となるように、冷房運転の場合には前記室外膨
   張弁、あるいは暖房運転の場合には前記室内膨張弁を操
   作する過冷却度制御器と、を備えたことを特徴とする請
   求項１記載の空気調和機。