JPS621517B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気調和機の冷凍サイクル、特に分
離型空気調和機の冷凍サイクルに関するもので、
冷凍サイクルの高効率化および、負荷変動に対す
る追随性の向上を目的としたものである。

従来、空気調和機に用いられている主な冷凍サ
イクルは第１図に示すように、圧縮機１ａ、室外
側熱交換器（凝縮器）２ａ、キヤピラリチユーブ
の減圧装置３ａ、室内側熱交換器（蒸発器）４ａ
の順に環状に配管にて連結した構成となつてい
る。また、一般的に空気調和機の電源は50Hzと60
Hzを共用するように設計しており、しかも、JIS
（日本工業規格）によつて決められた空調条件下
において最高の効率となるように冷凍サイクルを
設計している。

しかるに、50Hz運転時は、圧縮機１ａの吐出流
量が60Hz運転時に比べて小さくくなり、減圧装置
３ａの減圧効果が小さくなり、室内側熱交換器４
ａに多量の冷媒が流入するため、圧縮機１ａに吸
入される冷媒の過熱度は60Hz運転の場合より小さ
くなる。冷凍サイクルの効率は過熱度によつて影
響され、おおむね過熱度が5deg〜10deg程度にて
最高値を示す。ところが上記のように50Hz運転時
と60Hz運転時では過熱度が異なるため、各々の周
波数の妥協点において使用することとなり、各々
の周波数での運転の最高効率点では運転できない
ことが多かつた。

また、室内側の負荷が上昇した場合、室内側熱
交換器４ａの能力が上昇するが、それに見合つて
減圧装置３ａの冷媒供給量は増大しないため、圧
縮機１ａに吸入される冷媒の過温度は大巾に増大
し、最高効率点よりずれることとなつていた。

さらに、上記のように冷媒過熱度が大きく増大
した場合、室内側熱交換器（蒸発器）４ａの一部
は過熱蒸気のため温度が上昇し、高温高湿の空気
がその室内側熱交換器４ａを通過した場合、フア
ンや風胴に結露するという欠点を有していた。

こういつた欠点を補うものとして従来において
は第２図のように、圧縮機１ａの吸入管５ａの温
度を感知して減圧量を調整する温度式自動膨張弁
６ａを組み込んだ冷凍サイクルが用いられていた
が、室外ユニツトと室内ユニツトに分離した分離
型空気調和機においては、室外ユニツトと室内ユ
ニツトを連結する内外接続配管７ａがあることに
よつて室内側熱交換器４ａと圧縮機１ａの間の圧
力損失が大きい場合は、感熱部８ａの近傍の圧力
を検知する機構９ａを付加して圧力と温度の両方
で動作する外圧均等型温度自動膨張弁６ａを用い
なければならず、これは高価であるばかりでな
く、感熱部８ａの感熱状態によつては冷凍サイク
ルが不安定になつてハンチング現象を起こし、ま
た、機構が複雑で可動部分があるため故障が多い
等の種々の欠点を有していた。

また、第３図に示す如く、冷媒を貯蔵する受液
器１０ａを減圧装置３ａと室内側熱交換器４ａと
の間に連結し、さらに圧縮機１ａの吸入管５ａを
受液器１０ａに貫通させ、負荷に応じて受液器内
に貯蔵される冷媒の液相の割合を変化させて冷媒
回路中の冷媒循環量を最適なものに調節する冷凍
サイクル（例えば、吸入管５ａの温度が上昇する
と、受液器内の冷媒が蒸発して液相の割合が少な
くなり、その結果、冷媒回路中の冷媒循環量が多
くなつて過熱度が調節される冷凍サイクル）が知
られているが、分離型空気調和機では内外接続配
管７ａがあり、この接続配管７ａが減圧装置の一
部として働くため、減圧装置３ａの出口の圧力に
対する飽和温度は、空調負荷が増大して吸入管５
ａの温度が高くなつた場合より高く、したがつ
て、負荷増大時においても受液器内には過冷却液
が充満したままで冷媒量の調節が行なわれないと
いう欠点があつた。

本発明は、上記従来の冷凍サイクルに見られる
種々の欠点を解消するもので、以下、本発明の一
実施例を第４図、第５図を参照して説明する。

第４図は本発明の一実施例を示す分離型空気調
和機の冷凍サイクル図で、Ａは室外ユニツト、Ｂ
は室内ユニツトである。この２つのユニツトは、
接続配管１０，１１により連結されている。１は
圧縮機、２は室外側熱交換器（凝縮器）、３はキ
ヤピラリチユーブよりなる減圧装置、４は室内側
熱交換器（蒸発器）、５は圧縮機１の吸入管で、
これらは図示する順に環状に連結されている。６
は冷媒を貯蔵する受液器で、第５図に示す如く吸
入管５がその内部を貫通し、連結管７によつて減
圧装置３の出口管８に連結した出口側が小径で入
口側が大径の急拡大管９に連結されている。なお
減圧装置３の出口管８は急拡大管９の急拡大部に
挿入され、この挿入根元部に連結管７の一端が配
設されている。

次に冷媒量の調節について説明すると、今、空
気調和機の冷媒回路中には、最高負荷時に必要な
量の冷媒が充填されているものとする。

一般に、冷凍装置の冷媒回路に負荷に対して適
応する量の冷媒が充填されているときには、吸入
管の温度はある温度に保たれる。

したがつて、上記装置が最適の負荷条件で運転
されている間は、吸入管５の温度はある温度に保
たれている。この場合、冷媒回路中のＸの点で
は、分離型空気調和機であるため内外接続配管１
０があり、この接続配管１０も減圧機能を持つた
め、比較的高い圧力となつており、その飽和温度
は吸入管５の温度より高くなつている。

しかし、急拡大管９の内部では、出口管８より
流出した冷媒が急激な管径の拡大により死水域が
生じている。したがつて、Ｙ点の圧力はＸ点の圧
力より低い値となつている。一方、急拡大管９の
出口では管出口のなめらかな形状により圧力は回
復してＸ点の圧力に近い圧力となつている。これ
により受液器６の内部ではＹ点で代表される冷媒
の飽和温度と吸入管５の温度が近い値となつてい
る。そのため、受液器６の内部では吸入管５によ
り冷媒の凝縮が行われ、受液器６の外表面からの
吸熱による蒸発とバランスしてある高さの液面と
なつている。

ここで、負荷が減少した場合を考えると、冷媒
回路中の冷媒は過充填の状態となり、冷媒回路中
を過剰な冷媒が循環するので、吸入管５内での冷
媒の過熱度は小さくなり、吸入管５の温度は下
る。したがつて吸入管５が貫通している受液器６
内での凝縮量が多くなり、より高い液位でバラン
スする。この結果、受液器６の内部に含まれる冷
媒の質量は負荷減少前と比較して増加する。この
増加した冷媒は、冷媒が回路中より受液器６内に
流入した冷媒であるため、冷媒回路中の過剰な冷
媒が取除かれたこととなり、吸入管５の温度は元
の最適値に近づく。

これとは逆に、負荷がある負荷条件よりも増加
したときには、上記吸入管５の温度が上がり、受
液器内の凝縮量は減少するため、より低い液位で
バランスする。このことは、冷媒回路中の有効冷
媒量が増大したこととなり、吸入管５の温度は元
の最適値に近づく。

これから明らかなように負荷の変動に応じて、
吸入管５の温度が変化し、受液器６内の冷媒の凝
縮と蒸発のバランスによつて受液器６内の液量を
制御し、冷凍サイクル内の冷媒量を常に最適な値
に保てるのである。

第５図は上記受液器６と急拡大管９の具体的構
造の一例を示しているが、受液器６は同図のよう
に直径大なる管に吸入管５を貫通して両端を偏平
にすれば比較的簡単に製作できる。また受液器６
内の凝縮量と蒸発量の調整は吸入管５および急拡
大管９の管径を適切に選ぶことによつて簡単に行
なえる。

以上の説明から明らかなように本発明は、圧縮
機、室外側熱交換器、減圧装置、室内側熱交換器
を環状に連結するとともに、減圧装置の出口管に
急拡大管を連結し、この急拡大管の急拡大部に一
端を受液器に連結した連結管の他端を挿入し、か
つ、受液器に圧縮機の吸入管を熱交換的に配設し
たので、受液器に流入する冷媒の飽和温度が低下
し、この結果、吸入管の温度（負荷の大きさ）に
応じて受液器内の冷媒の量が変化することにな
り、冷媒回路中の冷媒循環量が最適なものとな
る。すなわち、負荷条件に対して循環冷媒が適量
であるときは、急拡大管内の死水域における圧力
に対する飽和温度より低い温度となる吸入管によ
る凝縮と高い温度となる受液器外表面からの吸熱
による蒸発とがある液位でバランスし、負荷が減
少すれば吸入管の温度が下がり凝縮量が増加し受
液器内の冷媒量が増大して冷媒回路内の冷媒を減
少させ、負荷が増大すると凝縮量が減り受液器内
の冷媒量が減少して冷媒回路内の冷媒を増大させ
ることとなり、冷媒回路中の冷媒を負荷に応じて
適量に保持することができ、従来のものに比して
負荷条件にかかわらず効率のよい冷凍装置を提供
することができる。また、低負荷時に液冷媒が圧
縮機に帰環するのを防ぐことができるので、液圧
縮による圧縮機の故障を防止できるとともに高負
荷時に熱交換器の過熱度が大きくなることによつ
て生じる高温高湿の空気が通過した場合未凝縮の
水分がフアンや風胴に結露するという問題は解消
される。さらに従来のような温度式自動膨張弁に
よる過熱度調節装置に比して構造が簡単で可動が
ないため、故障が少なくまた極めて安価につくる
ことができ、さらに受液器内の凝縮・蒸発のバラ
ンスのため蒸発の促進をする発熱体等が不要とな
り、その制御装置も含めてコストを低減でき、一
時減圧機構としては構造が簡単で作りやすいとい
う種々の利点も有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ異なつた従
来例を示す冷凍サイクル図、第４図は本発明の一
実施例を示す空気調和機の冷凍サイクル図、第５
図は同冷凍サイクルに設けた受液器部の斜視図で
ある。 １……圧縮機、２……室外側熱交換器、３……
減圧装置、４……室内側熱交換器、５……吸入
管、６……受液器、７……連結管、８……減圧装
置の出口管、９……急拡大管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、室外側熱交換器、減圧装置、及び室
   内側熱交換器をそれぞれ環状に連結すると共に、
   前記減圧装置の出口管に急拡大管を連結し、この
   急拡大管の急拡大部に一端を受液器に連結した連
   結管の他端を挿入し、かつ、前記受液器に前記圧
   縮機の吸入管を熱交換的に配設してなる空気調和
   機の冷凍サイクル。