JPH09229496A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 室外空気温度が−１５℃以下においても、安
定した暖房の成績係数１．６以上および暖房吹き出し温
度４０℃以上の能力を確保した空気調和機を得ることに
ある。また、寒冷地域でのヒートポンプ空気調和機の利
用を拡大し、成績係数改善による暖房費用低減の省エネ
ルギ性を向上させ、安価な設備を空気調和機を得ること
にある。 【解決手段】 圧縮機、利用側熱交換器、熱源側のサブ
クーラ３、減圧装置６、熱源側熱交換器を有する冷凍サ
イクルにおいて、圧縮機１に液冷媒をインジェクション
する液インジェクション配管７Ｂをサブクーラ３と減圧
装置６との間に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機に関
し、室外空気温度が−５℃以下となる地域において、暖
房を行う場合、高効率による省エネルギおよび暖房の快
適性を向上するのに好適である。

【０００２】

【従来の技術】近年、空気熱源式ヒートポンプ空気調和
機は広く普及しており、その一例として、図１に示すよ
うに圧縮機１、熱源側熱交換器５、減圧装置４から構成
される室外ユニットと、利用側熱交換器２を有する室内
ユニットを組み合わせて使用する室外空気熱源式ヒート
ポンプ空気調和機が知られている。◆上記例では、室外
空気温度を熱源とする場合、室外空気温度が−５℃より
低くなると運転できない、もしくは暖房運転成績係数お
よび暖房運転能力が大きく低下するという問題があり、
利用者の消費エネルギ負担費用増大および吹き出し温度
不足による快適性の低下等の問題があった。

【０００３】また、室外空気温度−１５℃付近に空気熱
源式ヒートポンプ空気調和機の運転範囲の下限となる制
限値があった。◆寒冷地域では、室外空気温度が−５℃
より高い時期は空気熱源式ヒートポンプ空気調和機によ
る冷房および暖房等の運転をする利用はある。しかし、
室外空気温度が−５℃より低い時期は、暖房運転成績係
数および暖房運転能力が大きく低下するため、ヒートポ
ンプ空気調和機の利用価値がなくなってしまい、燃焼エ
ネルギの利用による冷媒加熱方式の空気調和機、もしく
はその他の暖房器具を利用するしかなかった。

【０００４】そこで室外空気温度の低い暖房運転時に
は、灯油あるいはガスなどの燃焼エネルギをヒートポン
プ空気調和機に用いて前記問題を改善している例が特開
平６−２７２９７８、特開平６−１８０１５号公報など
に記載されているが、燃焼機器、燃料タンク等の追加が
必要であった。◆また、冷凍装置の冷凍サイクルに液イ
ンジェクションを採用している特開平６−３２３６４０
号公報が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記問
題を解決し、特に冷凍サイクルのサブクーラ通過後に液
インジェクション回路を設けることにより、室外空気温
度が−１５℃以下においても、安定した暖房の成績係数
１．６以上および暖房吹き出し温度４０℃以上の能力を
確保した空気調和機を得ることにある。

【０００６】また、運転温度範囲拡大による寒冷地域で
のヒートポンプ空気調和機の利用を拡大し、成績係数改
善による暖房費用低減の省エネルギ性を向上させ、暖房
吹き出し温度４０℃以上の能力を確保して快適性を向上
し、安価な設備を空気調和機を得ることにある。◆さら
に、他の目的は燃焼機構を持たず、クリーンエネルギを
利用して寒冷地域に対応できる空気調和機を得ることに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
本発明の空気調和機は圧縮機、利用側熱交換器、熱源側
のサブクーラ、減圧装置、熱源側熱交換器を有する冷凍
サイクルにおいて、圧縮機に液冷媒をインジェクション
する液インジェクション配管をサブクーラと減圧装置と
の間に設けている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は、従来の空気調和機の例を示
すブロック図であり、圧縮機１A、利用側熱交換器２、
減圧装置４、熱源側熱交換器５で冷凍サイクルが構成さ
れる。

【０００９】図１の構成のものでは、室外空気温度が−
１５℃以下における暖房運転の成績係数低下による暖房
費用の増大、および利用側熱交換機暖房能力の著しい低
下から吹き出し温度低下により快適性が悪化する問題が
あり、空気調和機としての利用できるものではなかっ
た。◆つまり、冷房および暖房の運転可能な空気調和機
であっても、寒冷地域では、室外空気温度が低温となる
場合、図１で構成される以外の暖房器具等を必要として
いた。

【００１０】図２は本発明の実施の形態の構成を示すブ
ロック図である。図１に対して圧縮機構部に液インジェ
クション可能とした圧縮機(以下圧縮機という）１B、利
用側熱交換器２、熱源側のサブクーラ３、減圧装置４、
熱源側熱交換器５、流量制御弁６、液インジェクション
配管7B、7Cを設けている。液インジェクション回路は、
流量制御弁６、液インジェクション配管7B、7Cで構成さ
れている。（以下この構成をインジェクション回路とい
う）◆室外空気温度が低い場合の暖房成績係数と能力を
確保するため、圧縮機１Bの圧力比を高める方法がある
が、高圧力比化に伴い圧縮機が高発熱し、圧縮機駆動モ
ータの巻き線温度が過昇し、さらに吐出温度も過昇する
などによって信頼性が低減する問題があった。

【００１１】本実施の形態では、空気調和機の暖房運転
時に圧縮機１Bに液インジェクション回路により安定し
た液冷媒を圧縮機１Bの圧縮機構部に供給することが可
能であり、圧縮機1Bの駆動モータの巻き線温度、冷媒吐
出温度を適正に保つことにより、圧縮機１Bを高圧力比
化して、利用することができる。また、液インジェクシ
ョン回路から暖房能力側の冷媒循環量を増やすサイクル
となるため、さらに暖房能力を向上させることができ
る。◆液インジェクション回路から圧縮機１Bへの冷媒
の供給は、安定した液冷媒および量を適量にする必要が
ある。サブクーラ３で冷却後の安定した液冷媒を液イン
ジェクション回路に取り入れることにより、安定した液
冷媒で、かつ流量制御弁６で適量に調節することができ
る。

【００１２】暖房運転時には、熱源側熱交換器５に着霜
または着氷し、熱源側熱交換器５の熱交換能力を低減す
る問題がある。サブクーラ３の放熱を熱源側熱交換器５
に熱伝導する構造とすることにより、冷媒が安定した液
冷媒となる際にサブクーラ３から放熱する熱を利用し熱
源側熱交換器５の着霜および着氷を防止することができ
る。

【００１３】図３は四方弁９を含む他の実施の形態の構
成を示すブロック図である。図２の液インジェクション
回路に対して図３の液インジェクション回路は、流量制
御弁６、液インジェクション回路配管7A、7B、7C、開閉
用電磁弁８で構成されている。 瞬時停電および液イン
ジェクション回路に設けた流量制御弁の故障等の場合、
流量制御弁が閉じられないことがある。この場合、圧縮
機１Bの運転停止中に液インジェクション回路から液冷
媒が圧縮機１Bの圧縮機構部に溜まり、始動の際液圧縮
を起こし、圧縮機構部が破損する問題がある。◆電気的
にオンする場合に開となる開閉用電磁弁８を液インジェ
クション回路に設けることにより、液インジェクション
回路から圧縮機１Bへの不要な液冷媒の流れ込みを防止
することができる。

【００１４】上記の場合開閉用電磁弁８のON/OFF制御回
路が必用となるが、圧縮機1Bの運転信号と開閉用電磁弁
８の制御を連動することにより、停止中の圧縮機１Bへ
液冷媒が流れ込むことを防止することができる。すなわ
ち圧縮機１Bの運転信号に開閉用電磁弁８の制御ををゆ
だねることにより、専用制御回路またはマイコン制御の
場合は信号用のポートを省略することができ、安価な制
御回路とすることができる。そして暖房、冷房両方の運
転で液インジェクションすることが可能となる。 ま
た、液インジェクション回路は、暖房運転時のみ使用と
するならば、開閉用電磁弁８の開閉制御は、暖房時と冷
房時に切換をする四方弁９の切換信号を利用することが
できる。冷房運転および停電した場合は、開閉用電磁弁
８は閉じた状態とし、暖房運転時のみ開いた制御を四方
弁９の切換信号にゆだねることにより、前期同様に特別
な制御回路、またはマイコン制御の場合は信号用のポー
トを省略することができ、安価な制御回路とすることが
できる。

【００１５】図４に本発明の空気調和機の一実施例の熱
源側熱交換器の正面図を示す。熱源側熱交換器５、サブ
クーラ３、排水受け皿１２、排水穴１３がそれぞれ設け
られている。熱源側熱交換器５への着霜および着氷をサ
ブクーラ３の熱で防止することには触れたが、解氷、除
霜のとき発生する水は熱交換器を伝わり落下し排水受け
皿１２に設けられた排水穴１３をから排水される。そし
て、特に寒冷地域では排水前の熱交換器の最下部、排水
受け皿１２で再度氷結してしまう問題があった。上記し
た図４に示す構造とすることにより、熱交換器最下部、
排水受け皿１２での氷結を防止することができる。

【００１６】暖房運転時に外気温度が０℃近い場合の降
雨の際、熱源側熱交換器５に雨水が着氷し、熱源側熱交
換器５の性能を落とすことがある。この場合も熱源側熱
交換器５の最下部から氷が成長し、排水穴１３部にたい
し氷による詰まりが発生する問題があった。寒冷地域で
は、このような気象条件の頻度も高くなる。これに対し
てもサブクーラ３を熱源側熱交換器５の最下部に設ける
ことにより、最下部からの氷の成長を防止し、排水受け
皿１２、排水穴１３部の良好な排水を行うことにより熱
源側熱交換器５の性能を確保することができる。

【００１７】図５は、本発明による実施の形態の暖房運
転をモリエル線図上に示したものである。図５におい
て、１点鎖線Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄは、Ａは圧縮機入口、Ｂは
圧縮機出口、Ｃは利用側熱交換器出口、Ｄは熱源側熱交
換器入口であり、液インジェクションしない従来の冷凍
サイクルである。実線のＡ→Ｂ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｄが、液
インジェクションした場合の冷凍サイクルである。Ｂは
液インジェクションされる前の状態でありＥはＢにＣの
冷媒を液インジェクションした混合後を表している。Ｆ
はＥを圧縮した圧縮機出口である。

【００１８】図５より液インジェクションする場合の方
が、吐出温度を低減でき、圧縮機モータ巻き線温度を低
減できることが判る。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、サブクーラ通過後の配
管より液インジェクション回路を設けることにより、室
外空気温度が−１５℃以下の状態においても暖房運転の
成績係数確保および高暖房能力の確保をすることによ
り、運転温度範囲が拡大された空気調和機を得ることが
できる。◆また、成績係数を１．６以上に確保すること
により省エネルギとした空気調和機を得ることができ
る。

【００２０】さらに、寒冷地域でありながら灯油、ガス
等の燃焼エネルギを使用しないため、環境を汚染するこ
とがなく、省スペースおよび安価な暖房システムである
空気調和機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の冷凍サイクルの構成を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明の空気調和機の実施の形態の構成を示す
ブロック図である。

【図３】四方弁を含む空気調和機の場合の実施の形態の
構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態の熱源側熱交換器の正面図
である。

【図５】本発明の実施の形態のモリエル線図である。

【符号の説明】

１A、1B…圧縮機、２…利用側熱交換器、３…熱源側の
サブクーラ、４…減圧装置、５…熱源側熱交換器、６…
流量制御弁、７A,7B,7C…液インジェクション配管、８
…開閉用電磁弁、９…四方弁、１０…熱源側ユニット、
１１…利用側ユニット、１２…排水受け皿、１３…排水
穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 憲一 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 小国 研作 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、利用側熱交換器、熱源側のサブ
   クーラ、減圧装置、熱源側熱交換器を有する空気調和機
   において、 前記圧縮機に液冷媒をインジェクションする液インジェ
   クション配管を前記サブクーラと前記減圧装置との間に
   設けたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のものにおいて、前記サ
   ブクーラの熱を熱源側熱交換器に熱伝導することを特徴
   とする空気調和機。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のものにおいて、前記サ
   ブクーラを前記熱源側熱交換器の最下部に設けたことを
   特徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３に記載のいずれかのも
   のにおいて、前記液インジェクション配管に前記圧縮機
   の運転に連動する開閉用電磁弁を設けたことを特徴とす
   る空気調和機。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３に記載のいずれかのも
   のにおいて、前記冷凍サイクルの冷媒の流れを切り換え
   る四方弁と、前記液インジェクション配管に前記四方弁
   を切換信号と連動する開閉用電磁弁とを設けたことを特
   徴とする空気調和機。