JPWO2018198164A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

空気調和装置の圧縮機は、旋回スクロールを有するスクロール機構部(101)と、旋回スクロールに公転運動を与える電動部(102)と、スクロール機構部と電動部との間に設けられた第1空間部(107)と、スクロール機構部の径方向の外周に設けられた環状の第2空間部(108)と、第1空間部に接続され、冷媒を圧縮機内に吸入させる吸入管(105)と、第1空間部と第2空間部の間に設けられ、吸入管から第1空間部に吸入された冷媒を第2空間部へ案内する連通路(106)と、第2空間部からスクロール機構部へ流入し、圧縮された冷媒を圧縮機外に吐出させる吐出管(114)と、を有し、第1膨張弁(4)と第2膨張弁(5)との間の冷媒の一部を第1空間部と第2空間部とに同時にインジェクションする。

Description

本発明は、冷媒回路を循環する冷媒の一部を圧縮機にインジェクションする空気調和装置に関するものである。
従来の空気調和装置では、圧縮機の吐出温度を低減させるために、圧縮機の圧縮室または圧縮機の吸入部分のいずれかに液冷媒をインジェクションしている。(例えば、特許文献1)
特開平9−303887号公報
このような空気調和装置にあっては、インジェクションされた液冷媒が圧縮室へ到達すると冷凍機油が希釈される。冷凍機油は、圧縮室の微小な隙間を塞ぐことで圧縮室の冷媒が高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室に漏れることを防止している。このため、冷凍機油の希釈を原因とする粘度低下が冷媒漏れを引き起こし、圧縮機の効率が低下するという課題があった。また、圧縮機の吸入部分にインジェクションされた液冷媒が圧縮機の底部の油溜めに流入することにより、冷凍機油の粘度が低下するという課題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒のインジェクション時の圧縮機の効率と冷凍機油の粘度の低下を抑制する空気調和装置を得ることを目的としている。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、第1膨張弁、第2膨張弁、室内熱交換器を冷媒配管で接続して構成される冷媒回路と、インジェクション回路とを備えた空気調和装置であって、圧縮機は、固定スクロールおよび固定スクロールとで冷媒を圧縮する旋回スクロールを有するスクロール機構部と、旋回スクロールに公転運動を与える電動部と、スクロール機構部と電動部との間に設けられた第1空間部と、スクロール機構部の径方向の外周に設けられた環状の第2空間部と、第1空間部に接続され、冷媒を圧縮機内に吸入させる吸入管と、第1空間部と第2空間部の間に設けられ、吸入管から第1空間部に吸入された冷媒を第2空間部へ案内する連通路と、第2空間部からスクロール機構部へ流入し、圧縮された冷媒を圧縮機外に吐出させる吐出管と、を有し、インジェクション回路により、第1膨張弁と第2膨張弁との間の冷媒の一部を第1空間部と第2空間部とに同時にインジェクションする。
本発明によれば、第1膨張弁と第2膨張弁との間の冷媒配管に流れる低温の冷媒の一部を、第1インジェクション配管と第2インジェクション配管とで分流する。そして、分流された一方の冷媒を第1インジェクション配管から圧縮機の第1空間部にインジェクションして電動部の発熱で蒸発させ、四方弁から第1空間部に流入する冷媒を冷却する。これにより、第1インジェクション配管からの冷媒がガスとなり、圧縮機内の冷凍機油の希釈が少なくなり、その結果、冷凍機油の粘度の低下を抑えることができる。
また、分流された第2インジェクション配管からの冷媒を第1空間部から第2空間部に流入する冷媒にインジェクションして合流させ、スクロール機構部に取り込まれるようにしている。この構成により、冷凍機油の粘度低下を原因とするスクロール機構部内での冷媒の漏れを少なくすることができ、圧縮機の効率低下を抑制できる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図1の圧縮機を拡大して示す縦断面図である。 図2のA−A横断面図である。 図1の空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転モード時冷媒の流れを模式的に記載した図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図7の圧縮機を拡大して示す縦断面図である。 本発明の実施の形態4に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態5に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態6に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図11の空気調和装置の変形例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態7に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図6の空気調和装置の変形例1を模式的に示す図である。 図6の空気調和装置の変形例2を模式的に示す図である。
実施の形態1.
(空気調和装置の構成)
図1は本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。
本実施の形態1の空気調和装置200は、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、第1膨張弁4、第2膨張弁5、室内熱交換器6を順に冷媒配管31で接続して構成される冷媒回路30と、インジェクション回路20(破線で囲んで示す部分)とを備えている。
圧縮機1は、密閉容器100と、密閉容器100内に収容されたスクロール機構部101およびスクロール機構部101を駆動する電動部102とを備えている。なお、圧縮機1の詳細な構成については、図2および図3を用いて説明する。
四方弁2は、冷媒の流れ方向を切り替える切替弁である。この四方弁2は、冷房運転モード時には、圧縮機1から吐出された冷媒が室外熱交換器3へ流れるように流路を切り替えると共に、室内熱交換器6からの冷媒が圧縮機1に流入するように流路を切り替える。また、四方弁2は、暖房運転モード時には、圧縮機1から吐出された冷媒が室内熱交換器6へ流れるように流路を切り替えると共に、室外熱交換器3からの冷媒が圧縮機1に流入するように流路を切り替える。このように流路を切り替える切替弁であれば、二路切替弁、三路切替弁などを複数組み合わせて構成してもよい。
室外熱交換器3は、冷房運転モード時には凝縮器として機能し、暖房運転モード時には蒸発器として機能し、冷媒を室外の空気と熱交換する。室内熱交換器6は、冷房運転モード時には蒸発器として機能し、暖房運転モード時には凝縮器として機能し、冷媒を室内の空気と熱交換する。なお、図1では室内熱交換器6を1つとしているが、室内熱交換器6を2つ以上並列に接続してもよい。
第2膨張弁5は、冷房運転モード時には冷媒を高圧から低圧へ減圧し、暖房運転モード時には冷媒を高圧からインジェクション圧へ減圧する例えば開度が調整自在な電子膨張弁で構成されている。なお、高圧とは圧縮機1の吐出圧程度の圧力のことであり、低圧とは圧縮機1の吸入圧程度の圧力のことであり、インジェクション圧とはインジェクションを行うために必要な圧力のことである。第1膨張弁4は、冷房運転モード時には開度が全開となって冷媒の減圧を行わず、暖房運転モード時には冷媒をインジェクション圧から低圧へ減圧する例えば開度が調整自在な電子膨張弁で構成されている。
インジェクション回路20は、一端が第1膨張弁4と第2膨張弁5との間の冷媒配管31に接続され、他端が四方弁2と圧縮機1の吸入管105との間の冷媒配管31に接続された第1インジェクション配管7と、この第1インジェクション配管7に設けられたインジェクション弁8および絞り手段9と、一端が第1インジェクション配管7のうち絞り手段9の冷媒流出側の位置に接続され、他端が圧縮機1の上部を貫通して第2空間部108と連通するインジェクション管113と連結された第2インジェクション配管10とから構成されている。なお、第1インジェクション配管7の他端が、圧縮機1の第1空間部107に直接接続されるように、圧縮機1に連結されてもよい。
室外熱交換器3又は室内熱交換器6が凝縮器として機能しているときに、インジェクション弁8が開くと、室外熱交換器3又は室内熱交換器6で凝縮された低温の冷媒(液冷媒)が第1インジェクション配管7に流入する。第1インジェクション配管7に流入した冷媒は、絞り手段9によって流量が調整される。絞り手段9を通過した一部の冷媒は第1インジェクション配管7を介して圧縮機1の第1空間部107に流入する。一方、残りの冷媒は、第2インジェクション配管10に流入し、圧縮機1の第2空間部108に流れ込む。つまり、第1膨張弁4と第2膨張弁5との間の冷媒配管31に流れる冷媒の一部を、第1インジェクション配管7と第2インジェクション配管10とで並列に取り込んで、圧縮機1の第1空間部107と第2空間部108とに同時にインジェクションする。なお、絞り手段9は、例えば開度が調整自在な電子膨張弁で構成されている。
図2は図1の圧縮機を拡大して示す縦断面図、図3は図2のA−A横断面図である。
圧縮機1は、低温低圧の冷媒を吸入管105から吸入し、高温高圧の冷媒に圧縮する例えば低圧シェル型のスクロール圧縮機である。また、この圧縮機1には、インバータによって容量が制御自在な電動部102が用いられている。なお、低圧シェル型とは、密閉容器100内に圧縮室108aを有し、密閉容器100内が低圧の冷媒雰囲気となり、密閉容器100内に低温低圧の冷媒を吸入して圧縮室108aで圧縮する構造の圧縮機を指す。
圧縮機1は、図2に示すように、密閉容器100内の上部側に配置されたスクロール機構部101、密閉容器100内の下部側に配置された電動部102およびスクロール機構部101を下方から支持するフレーム103を主要部品として備えている。密閉容器100の底部には、油溜め部104が設けられている。この油溜め部104には、スクロール機構部101、軸受部等の摺動部位を潤滑する冷凍機油が貯留されている。
また、密閉容器100内には、第1空間部107、第2空間部108および第3空間部109が設けられている。第1空間部107は、スクロール機構部101を支持するフレーム103と電動部102との間に設けられ、密閉容器100に連接された吸入管105と連通している。第2空間部108は、スクロール機構部101の径方向の外周にフレーム103とで環状に形成され、後述する固定スクロール110に設けられた冷媒流入穴113aを介してインジェクション管113と連通している。
また、第2空間部108は、フレーム103に設けられた連通路106を通して第1空間部107と連通している。冷媒流入穴113aと連通路106は、スクロール機構部101の径方向に互いにずれている。この位置関係によって、冷媒流入穴113aを通った冷媒が連通路106を通って第1空間部107へ逆流することはない。したがって、第2インジェクション配管10を通る冷媒は、電動部102からの熱を受けるようなことがなく、また、油溜め部104の冷凍機油を希釈するようなこともない。第3空間部109は、スクロール機構部101の上方に設けられ、密閉容器100の上部に連接された吐出管114と連通している。
スクロール機構部101は、固定スクロール110と、固定スクロール110の下方に配置された旋回スクロール111とを備えている。固定スクロール110は、フレーム103の上部開口を塞ぐようにフレーム103の上端部に固定されている。固定スクロール110の上端部の中央には、圧縮室108aで圧縮された冷媒を上方へ導く冷媒流出穴112aが設けられている。この冷媒流出穴112aの上方には、圧縮室108aで圧縮された冷媒を第3空間部109へ吐出する吐出弁112が開閉自在に設けられている。旋回スクロール111は、フレーム103の中央の内側に設けられた偏心軸部117bと連結されている。
電動部102は、環状の固定子115と、固定子115内に回転自在に挿入された回転子116と、回転軸117とで構成されている。回転軸117は、回転子116が焼嵌または圧入された主軸部117aと、旋回スクロール111に嵌め込まれた偏心軸部117bとで構成されている。この電動部102は、主軸部117aの回転に対し偏心軸部117bを偏心させながら公転運動を与える。旋回スクロール111は、偏心軸部117bの公転運動に連動して公転し、固定スクロール110とで第2空間部108内の冷媒を圧縮室108a内に取り込んで圧縮する。固定スクロール110と旋回スクロール111とで圧縮された高温高圧の冷媒は、冷媒流出穴112aを通って、吐出弁112から第3空間部109へ吐出される。第3空間部109へ吐出された高温高圧の冷媒は、吐出管114から冷媒配管31に流入する。
次に、前記のように構成された空気調和装置200の冷房運転モード時および暖房運転モード時の動作について説明する。
[冷房運転モード]
図4は図1の空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す図である。なお、図中の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
先ず、冷媒回路30における冷媒の流れについて説明する。
圧縮機1は、低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁2を介して室外熱交換器3に流入する。室外熱交換器3に流入した冷媒は、室外空気に放熱して凝縮する。室外熱交換器3で凝縮された冷媒(液冷媒)は、第1膨張弁4では減圧されずに第2膨張弁5に流入し、高圧から低圧へ減圧される。第2膨張弁5で低圧に減圧された冷媒は、室内熱交換器6に流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。室内熱交換器6で蒸発された冷媒(ガス冷媒)は、低温低圧となって四方弁2を介して圧縮機1に再び吸入される。
次に、インジェクション回路20における冷媒の流れについて説明する。
インジェクション弁8および絞り手段9が開いているときには、室外熱交換器3で凝縮された低温の冷媒の一部は、第1インジェクション配管7に流入し、インジェクション弁8および絞り手段9を介して第1インジェクション配管7に流れる。第1インジェクション配管7に流れた冷媒の一部は、四方弁2からの低温低圧の冷媒と共に、圧縮機1の第1空間部107に流入し、残りの冷媒は、第2インジェクション配管10およびインジェクション管113を介して圧縮機1の第2空間部108に流入する。
第1インジェクション配管7から第1空間部107に流入した低温の冷媒は、電動部102からの発熱により蒸発して、四方弁2からの冷媒を冷却する。冷却された冷媒は、連通路106を通って第2空間部108に流入し、インジェクション管113を通って第2空間部108に流入する低温の冷媒と合流する。合流した冷媒は、固定スクロール110と旋回スクロール111とで圧縮されて高温高圧の冷媒となる。高温高圧の冷媒は、冷媒流出穴112aを通って、吐出弁112から第3空間部109へ吐出され、吐出管114から冷媒配管31に流入する。
次に、インジェクション回路20のインジェクション弁8と絞り手段9の動作について説明する。
空気調和装置200を起動した際には、インジェクション弁8は閉じている。これは、冷媒回路30に流れる冷媒の流れを妨げないようにしている。空気調和装置200の起動後は、インジェクション弁8を開き、絞り手段9の開度を調整してインジェクション回路20に流れる冷媒の流量を決める。絞り手段9の開度は、例えば、圧縮機1の回転数と室内温度と室外温度とインジェクション回路20での圧力損失とに応じて定められている。
[冷房運転モード時の効果]
以上のように、冷房運転モード時におけるインジェクション回路20においては、室外熱交換器3で凝縮された低温の冷媒の一部が、圧縮機1の第1空間部107と第2空間部108とにそれぞれ流入するようにしている。そして、第1空間部107にインジェクションした冷媒を電動部102からの発熱により蒸発させて四方弁2からの冷媒を冷却し、冷却された冷媒を連通路106から第2空間部108に流入させ、第2空間部108に流入する冷媒と合流させてスクロール機構部101に取り込まれるようにしている。この構成により、以下に示す効果が得られている。
(1)室外熱交換器3で凝縮された低温の冷媒の一部を、圧縮機1の第1空間部107に流入する四方弁2からの冷媒にインジェクションして、第1空間部107に流入する冷媒を冷却するようにしている。これにより、圧縮機1の吐出管114から吐出される冷媒の温度を低下させることができる。
(2)圧縮機1の第2空間部108に流入した低温の冷媒を、第1空間部107から第2空間部108に流入する冷媒にインジェクションして合流させスクロール機構部101に取り込まれるようにしている。これにより、圧縮機1内の冷凍機油が希釈され難くなり、そのため、冷凍機油の粘度の低下を抑えることができ、圧縮機1の信頼性を確保することができる。
(3)前述したように、第1空間部107にインジェクションした冷媒を電動部102からの発熱により蒸発させるようにしているので、冷凍機油の希釈を抑えることができる。その結果、スクロール機構部101における高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室への冷媒の漏れが少なくなり、圧縮機1の効率の低下を抑えることができる。
(4)冷凍機油の粘度の低下と圧縮機1の効率の低下を抑制しているため、圧縮機1の第1空間部107と第2空間部108とにインジェクションする冷媒の量を増加させて、さらに吐出温度を低下させることができる。特に、空気調和装置200に適用される冷媒が、例えばR32冷媒のようにR410A冷媒よりも圧縮機1の吐出温度が高温になる冷媒である場合に、インジェクションする冷媒の量を増加させて、吐出温度を低下させることは効果的である。
(5)四方弁2から圧縮機1の第1空間部107に流入する冷媒を冷却することにより、圧縮機1の入力を減少させることができ、COP(coefficient of performance、冷暖房能力/圧縮機入力)を向上させることができる。
(6)インジェクション回路20を備えていない冷媒回路30と比べ冷媒量が増加するが、圧縮機1に吸入される冷媒の密度が増加し、このため、圧縮機1の回転数を増加させる必要はない。
[暖房運転モード]
図5は図1の空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す図である。なお、図中の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
先ず、冷媒回路30における冷媒の流れについて説明する。
圧縮機1は低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁2を介して室内熱交換器6に流入する。室内熱交換器6に流入した冷媒は、室内空気に放熱して凝縮する。室内熱交換器6で凝縮された冷(液冷媒)は、第2膨張弁5で高圧からインジェクション圧へ減圧され、更に第1膨張弁4でインジェクション圧から低圧へ減圧される。第1膨張弁4で減圧された冷媒は、室外熱交換器3に流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器3で蒸発された冷媒(ガス冷媒)は、低温低圧となって四方弁2を介して圧縮機1に再び吸入される。
次に、インジェクション回路20における冷媒の流れについて説明する。
冷媒の流れは冷房運転モード時と同じだが、インジェクション回路20に流入する冷媒の圧力が冷房運転モード時よりも低いため、絞り手段9の開度が冷房運転モード時よりも大きくなる。
インジェクション弁8および絞り手段9が開いているときには、室内熱交換器6で凝縮された低温の冷媒の一部は、第1インジェクション配管7に流入し、インジェクション弁8および絞り手段9を介して第1インジェクション配管7に流れる。第1インジェクション配管7に流れた冷媒の一部は、四方弁2からの低温低圧の冷媒と共に、圧縮機1の第1空間部107に流入し、残りの冷媒は、第2インジェクション配管10およびインジェクション管113を介して圧縮機1の第2空間部108に流入する。
第1インジェクション配管7から第1空間部107に流入した冷媒は、電動部102からの発熱により蒸発して、四方弁2からの冷媒を冷却する。冷却された冷媒は、連通路106を通って第2空間部108に流入し、インジェクション管113を通って第2空間部108に流入する冷媒と合流する。合流した冷媒は、固定スクロール110と旋回スクロール111とで圧縮されて高温高圧の冷媒となる。高温高圧の冷媒は、冷媒流出穴112aを通って、吐出弁112から第3空間部109へ吐出され、吐出管114から冷媒配管31に流入する。
なお、インジェクション回路20のインジェクション弁8と絞り手段9の動作については、冷房運転モード時と同じである。
[暖房運転モード時の効果]
以上のように、冷房運転モード時におけるインジェクション回路20においては、室内熱交換器6で凝縮された低温の冷媒の一部が、圧縮機1の第1空間部107と第2空間部108とにそれぞれ流入するようにしている。そして、第1空間部107にインジェクションした冷媒を電動部102からの発熱により蒸発させて四方弁2からの冷媒を冷却し、冷却された冷媒を連通路106から第2空間部108に流入させ、第2空間部108に流入する冷媒と合流させてスクロール機構部101に取り込まれるようにしている。この構成により、以下に示す効果が得られている。
(1)室内熱交換器6で凝縮された低温の冷媒の一部を、四方弁2から圧縮機1の第1空間部107に流入する冷媒にインジェクションして、第1空間部107に流入する冷媒を冷却するようにしている。これにより、圧縮機1の吐出管114から吐出される冷媒の温度を低下させることができる。
(2)圧縮機1の第2空間部108に流入した低温の冷媒を、第1空間部107から第2空間部108に流入する冷媒と合流させてスクロール機構部101に取り込まれるようにしている。これにより、圧縮機1内の冷凍機油が希釈され難くなり、そのため、冷凍機油の粘度の低下を抑えることができ、圧縮機1の信頼性を確保することができる。
(3)前述したように、第1空間部107にインジェクションした冷媒を電動部102からの発熱により蒸発させるようにしているので、冷凍機油の希釈を抑えることができる。その結果、スクロール機構部101における高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室への冷媒の漏れが少なくなり、圧縮機1の効率の低下を抑えることができる。
(4)冷凍機油の粘度の低下と圧縮機1の効率の低下を抑制しているため、圧縮機1の第1空間部107と第2空間部108とにインジェクションする冷媒の量を増加させて、さらに吐出温度を低下させることができる。特に、空気調和装置200に適用される冷媒が、例えばR32冷媒のようにR410A冷媒よりも圧縮機1の吐出温度が高温になる冷媒である場合に、インジェクションする冷媒の量を増加させて、吐出温度を低下させることは効果的である。
(5)圧縮機1の第1空間部107に流入する四方弁2からの冷媒を冷却することにより圧縮機1の入力を減少させることができ、COPを向上させることができる。
(6)インジェクション回路20を備えていない冷媒回路30と比べ冷媒量が増加するが、圧縮機1に吸入される冷媒の密度が増加し、このため、圧縮機1の回転数を増加させる必要はない。
(7)圧縮機1の吐出温度を低下させることにより圧縮機1と室内熱交換器6の間の冷媒から空気への放熱量を減少させることができる。定常状態では冷媒が冷媒回路30内を一巡する間の放熱量と吸熱量は等しいため、前述の放熱量の減少により室外熱交換器3での吸熱量が減少し、室外熱交換器3の負荷を下げることができる。その結果、室外熱交換器3の蒸発温度が上昇し、COPを向上させることができる。
なお、冷房運転モード時には、このCOPの向上効果は得られない。なぜなら、空気調和装置200の冷房能力を一定に保つためには、室内熱交換器6の吸熱量を一定にする必要があり、その結果、圧縮機1と室外熱交換器3の間の冷媒から空気への放熱量が減少すると、室外熱交換器3の放熱量は増加するからである。
(8)インジェクション冷媒は2本の経路に分岐し、インジェクション配管が1本の場合と比べて圧力損失が小さいため、インジェクション圧を小さくすることができる。その結果、第2膨張弁5と第1膨張弁4との間の冷媒配管31内の冷媒密度が小さくなり、空気調和装置200内の冷媒量を減少させることができる。特に、例えば、ビル用マルチエアコン等のような室外熱交換器と室内熱交換器との間の冷媒配管が長い空気調和装置では、この冷媒量を減少させる効果が顕著である。
実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態2においては、図1の空気調和装置200と同一の構成を有する部品には同じ符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態2に係る空気調和装置201においては、図1の空気調和装置200と比較して、第1インジェクション配管7のうち第1絞り手段9の冷媒流出側の位置に第2絞り手段である例えば第1キャピラリチューブ11を設け、第2インジェクション配管10に第3絞り手段である例えば第2キャピラリチューブ12を設けたものである。
本実施の形態2におけるインジェクション回路20においては、第1インジェクション配管7と第2インジェクション配管10の流量比が偏らないように設定されている。例えば、第2インジェクション配管10が、第1インジェクション配管7と比べて高低差が大きく、配管が長いなどの理由で流量比が偏っている場合、第2インジェクション配管10側の第2キャピラリチューブ12の長さを第1キャピラリチューブ11よりも短く調整される。
以上のように、第1インジェクション配管7と第2インジェクション配管10の流量比が偏らないに、第1キャピラリチューブ11と第2キャピラリチューブ12の何れかの長さを調整しているので、冷凍機油の粘度低下、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、圧縮機1の効率低下をより確実に防ぐことができる。
なお、本実施の形態2では、第1インジェクション配管7に第1キャピラリチューブ11を設け、第2インジェクション配管10に第2キャピラリチューブ12を設けたことを述べたが、第1キャピラリチューブ11と第2キャピラリチューブ12とに代えて、第1インジェクション配管7と第2インジェクション配管10とにそれぞれ絞り手段を設けてもよい。つまり、2つの絞り手段の開度を調整することで、第1空間部107と第2空間部108にインジェクションされる冷媒の流量の偏りを容易に調整することができる。
また、本実施の形態2では、第1インジェクション配管7に絞り手段9と第1キャピラリチューブ11を設け、その間から第2インジェクション配管10が分岐することを述べたが、例えば図14に示すようにしてもよい。図14は図6の空気調和装置の変形例1を模式的に示す図である。この変形例1においては、第2インジェクション配管10を第1膨張弁4と第2膨張弁5との間の冷媒配管31から直接分岐して、第1インジェクション配管7とは並列になるようにしている。そして、第1インジェクション配管7に設けられた絞り手段9を第1絞り手段9として設け、第2インジェクション配管10に第2絞り手段11aを設けている。この場合も、第1及び第2絞り手段9、11aの開度を調整することで、第1空間部107と第2空間部108にインジェクションされる冷媒の流量の偏りを容易に調整することができる。
また、例えば図15に示すようにしてもよい。図15は図6の空気調和装置の変形例2を模式的に示す図である。この変形例2においては、第1インジェクション配管7に絞り手段9のみを設け、その冷媒流入側から第2インジェクション配管10を分岐させるようにしてもよい。この場合は、絞り手段9の開度を調整することで、第1空間部107と第2空間部108にインジェクションされる冷媒の流量の偏りを容易に調整することができる。
実施の形態3.
図7は本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図、図8は図7の圧縮機を拡大して示す縦断面図である。なお、本実施の形態3においては、図1の空気調和装置200と同一の構成を有する部品には同じ符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態3に係る空気調和装置202においては、図1の空気調和装置200と比較して、インジェクション回路20aの形態が異なっている。このインジェクション回路20aは、例えば、一端が第1膨張弁4と第2膨張弁5との間の冷媒配管31に接続され、他端が第2空間部108と連通するように圧縮機1のインジェクション管113と連結されたインジェクション配管10aと、インジェクション配管10aに設けられたインジェクション弁8および絞り手段9とを備えている。また、インジェクション回路20aは、図8に示すように、インジェクション管113と第2空間部108とを連通する第4空間部118と、第4空間部118と第1空間部107とを連通する案内路120とを備えている。なお、フレーム103の上端部に設けられた冷媒流入穴113aは、第4空間部118を介してインジェクション管113と連通している。
本実施の形態3に係る空気調和装置202では、インジェクション配管10aからの低温の冷媒は、第4空間部118内において、第1空間部107と第2空間部108とに分流される。一方の冷媒は、冷媒流入穴113aを介して第2空間部108に流入し、もう一方の冷媒は、案内路120を介して第1空間部107に流入する。インジェクション回路において第4空間部118は第1空間部107と第2空間部108との上流側にあり、第4空間部118の方が第1空間部107と第2空間部108よりも高圧であるため、冷媒が逆流することがない。
このように、本実施の形態3は、前述した実施の形態1、2と同様に第1膨張弁4と第2膨張弁5との間の冷媒の一部を第1空間部107と第2空間部108とに同時にインジェクションすることができる。本実施の形態3の空気調和装置202においては、図1の空気調和装置200と比較して、絞り手段9と吸入管105との間の第1インジェクション配管7が不要となるため、低コストとなり、省スペース化を図ることができる。
なお、本実施の形態3においては、冷媒流入穴113aと案内路120の内径を調整することにより、第1空間部107と第2空間部108に流れる冷媒の流量比を調整することができる。
実施の形態4.
図9は本発明の実施の形態4に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態4においては、図1の空気調和装置200と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態4に係る空気調和装置203においては、図1の空気調和装置200と比較して、インジェクション回路20に第2インジェクション弁13が追加されている。即ち、圧縮機1の第2空間部108に冷媒をインジェクションする第2インジェクション配管10に第2インジェクション弁13が設けられている。この第2インジェクション弁13を閉じることで、第2インジェクション配管10に流れる冷媒のみを遮断することができる。
このように、本実施の形態4によれば、インジェクションを行わない場合に、四方弁2から圧縮機1の第1空間部107へ流入した冷媒の一部が、インジェクション管113を介して第2インジェクション配管10に流入し第1インジェクション配管7に流れるということがなくなる。このため、インジェクション回路20を流れることによる室外空気からの吸熱ロスを確実に防止することができる。
実施の形態5.
図10は本発明の実施の形態5に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態5においては、図6の空気調和装置201と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態5に係る空気調和装置204においては、図6の空気調和装置201と比較して、冷媒熱交換器50が追加されている。この冷媒熱交換器50は、第1インジェクション配管7のうち絞り手段9の冷媒流出側の位置に設けられ、第1膨張弁4と第2膨張弁5との間の冷媒配管31に流れる冷媒と絞り手段9から流出される冷媒とを熱交換する。この空気調和装置204では、高圧側の冷媒配管31を流れる冷媒の一部は、第1インジェクション配管7にバイパスし、絞り手段9で減圧されて冷媒配管31を流れる冷媒を冷却する。このとき、第1インジェクション配管7に流れる冷媒は加熱される。
このように、本実施の形態5によれば、高圧側の冷媒配管31を流れる冷媒の流量が減少するため、冷房運転モード時には、高圧側の冷媒配管31から第1膨張弁4、室外熱交換器3、四方弁2を介して圧縮機1に至るまでの圧力損失を低減できる。また、暖房運転モード時には、第2膨張弁5、室内熱交換器6、四方弁2を介して圧縮機1に至るまでの圧力損失を低減できる。
更に、本実施の形態5においては、絞り手段9の開度を調整することにより、第1インジェクション配管7に流入する冷媒を冷媒熱交換器50で蒸発させ、低温の冷媒ガスとして圧縮機1の第1空間部107と第2空間部108とにインジェクションすることができる。その結果、冷凍機油の粘度低下を抑えることができ、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、圧縮機1の効率低下を防止できる。
なお、図10では、インジェクション回路20の分岐部の構造は記載していないが、例えば、T字分岐の水平方向から冷媒を流入させ、鉛直上方からガス冷媒を、鉛直下方から液冷媒を流出させる構造にしてもよい。この場合、T字分岐の鉛直下方の出口を第2インジェクション配管10に接続することで、液冷媒を圧縮機1の第2空間部108に導くことができる。これにより、例えば、第2インジェクション配管10が接続される圧縮機1の穴径を小さく、ガス冷媒では圧力損失が大きい場合に、液冷媒を導いてインジェクション冷媒の流量を確保することができる。
実施の形態6.
図11は本発明の実施の形態6に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態6においては、図6の空気調和装置201と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態6に係る空気調和装置205においては、図6の空気調和装置201と比較して、アキュムレータ40が追加されている。このアキュムレータ40は、四方弁2と圧縮機1との間の冷媒配管に設けられている。この場合、第1インジェクション配管7の他端は、アキュムレータ40と圧縮機1との間の冷媒配管31に接続されている。
アキュムレータ40は、冷媒回路30内の冷媒の一部を貯留するものである。図6の空気調和装置201では、暖房運転モード時に第2膨張弁5の開度を小さくすると、第2膨張弁5と第1膨張弁4との間の冷媒量が減少し、空気調和装置201内の冷媒総量は一定であるため室外熱交換器3と室内熱交換器6内の冷媒量が増加する。その結果、室外熱交換器3内の冷媒量の増加に伴い、室外熱交換器3の出口の過冷却度が増加し、熱交換効率が低下する。
本実施の形態6の空気調和装置205では、暖房運転モード時に第2膨張弁5の開度を小さくすると、第2膨張弁5と第1膨張弁4との間の冷媒量が減少するが、アキュムレータ40内の冷媒量が増加する。その結果、室外熱交換器3の冷媒量は変化しない。
このように、本実施の形態6によれば、暖房運転モード時に第2膨張弁5の開度を変化させても室外熱交換器3の冷媒量を一定に保つことができる。その結果、室外熱交換器3の熱交換効率を一定に保ちつつ、第1膨張弁4と第2膨張弁5との間の圧力を上昇させることができ、このため、インジェクション回路20に流入する冷媒量を増加させることができる。
本実施の形態6では、第1インジェクション配管7の他端を、アキュムレータ40と圧縮機1との間の冷媒配管31に接続したが、例えば図12に示すようにしてもよい。図12は図11の空気調和装置の変形例を模式的に示す図である。つまり、図12の空気調和装置206においては、インジェクション回路20の第1インジェクション配管7の他端を、四方弁2とアキュムレータ40との間の冷媒配管31に接続されている。
実施の形態7.
図13は本発明の実施の形態7に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。なお、本実施の形態7においては、図6の空気調和装置201と同一の構成を有する部品には同じの符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態7に係る空気調和装置207においては、図6の空気調和装置201と比較して、第1キャピラリチューブ11に代えて第2絞り手段11aが設けられ、第2キャピラリチューブ12に代えて第3絞り手段12aが設けられている。また、図13の空気調和装置207には、第1温度検出手段60、第2温度検出手段61、圧力検出手段62および制御部63が追加されている。なお、第1インジェクション配管7において、インジェクション弁8に直列に配置された絞り手段9を第1絞り手段9としている。
第2絞り手段11aは、第1インジェクション配管7のうち絞り手段9の冷媒流出側の部分に設けられ、第3絞り手段12aは、第2インジェクション配管10に設けられている。第1温度検出手段60は、圧縮機1の吐出管114に設けられ、吐出管114を通る冷媒の吐出温度を検出する。第2温度検出手段61は、圧縮機1の第2空間部108内の冷媒の温度を検出する。圧力検出手段62は、圧縮機1の吸入管105に設けられ、吸入管105に流れる冷媒の圧力を検出する。第2絞り手段11aと第3絞り手段12aは、開度が調整自在な電子膨張弁が用いられている。
制御部63は、例えば、圧縮機1の電動部102の回転数、第1および第2膨張弁4、5の開度、インジェクション弁8の開閉、第1絞り手段9、第2絞り手段11aおよび第3絞り手段12aの開度、四方弁2の流路切替などの制御を行う制御基板(図示せず)に設けられている。制御部63は、第2温度検出手段61により検出された第2空間部108内の冷媒の温度と圧力検出手段62により検出された冷媒の圧力とから第2空間部108内の冷媒の乾き度を算出する。そして、制御部63は、算出した乾き度が設定値よりも高いときに、第1温度検出手段60により検出された冷媒の温度が下がるように第2絞り手段11aの開度を調整する。
また、制御部63は、算出した乾き度が設定値よりも低くなったときには、第1インジェクション配管から7の冷媒量が変化しないように第2絞り手段11aの開度を調整すると共に、第3絞り手段12aの開度を現在の開度よりも大きくする。この制御部63は、暖房運転モード時に、第3絞り手段12aの開度を冷房運転モード時よりも大きくなるように制御する。
前述したように、制御部63は、第2空間部108内の冷媒の乾き度が設定値よりも高いときに、第1温度検出手段60により検出された冷媒の温度が下がるように第2絞り手段11aの開度を調整する。この場合、第1インジェクション配管7を通る冷媒は、第1空間部107内おいて電動部102からの吸熱により蒸発して、スクロール機構部101の第2空間部108に液冷媒が到達しない。このため、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、冷媒漏れによる圧縮機1の効率低下を抑えることができる。しかし、第1インジェクション配管7を通る冷媒量が増加すると、圧縮機1の底部の冷凍機油の粘度の低下による潤滑不足が生じる危険性がある。
そこで、第1インジェクション配管7からのインジェクションにより第2空間部108内の乾き度が設定値より低くなった場合には、第1インジェクション配管7からのインジェクション冷媒の流量が変化しないように第2絞り手段11aの開度を調整しつつ、第3絞り手段12aを開いて第2インジェクション配管10から冷媒をインジェクションする。第2インジェクション配管10を通る冷媒は、圧縮機1の底部の油溜め部104を経由しないため、冷凍機油の粘度低下を抑えることができる。
このように、本実施の形態7によれば、第1インジェクション配管7と第2インジェクション配管10の冷媒の流量比を変化させることができる。その結果、流量比が一方のインジェクション配管に偏ることがなくなり、また、冷凍機油の粘度低下、冷凍機油の粘度低下を原因とする冷媒漏れを抑えることができ、このため、冷媒漏れによる圧縮機1の効率低下を確実に防ぐことができる。
また、本実施の形態7においては、冷房運転モード時と暖房運転モード時で第2絞り手段11aの開度と第3絞り手段12aの開度を変化させるようにしている。実施の形態1において説明したように、インジェクション回路20では、圧縮機1の吐出温度を低下させることにより、圧縮機1と室内熱交換器6との間の冷媒から空気への放熱量を減少させることができる。定常状態では冷媒が冷媒回路30内を一巡する間の放熱量と吸熱量は等しいため、前述の放熱量の減少により室外熱交換器3での吸熱量が減少し、室外熱交換器3の負荷を下げることができる。その結果、室外熱交換器3の蒸発温度が上昇し、COPを向上させることができる。
しかし、冷房運転モード時には、COPは低下する。なぜなら、空気調和装置207の冷房能力を一定に保つためには、室内熱交換器6の吸熱量を一定にする必要があり、その結果、圧縮機1と室外熱交換器3との間の冷媒から空気への放熱量が減少すると、室外熱交換器3の放熱量は増加するからである。したがって、暖房運転モード時には、冷房運転モード時に比べて第3絞り手段12aの開度を大きくすることで、全体のインジェクション冷媒の流量を増やし、COPの向上を図ることができる。
このように、冷房運転モード時と暖房運転モード時で第3絞り手段12aの開度を変化させることで、冷房運転モード時のCOP低下を抑制しつつ、暖房運転モード時にCOPの向上を図ることができる。
1 圧縮機、2 四方弁(切替弁)、3 室外熱交換器、4 第1膨張弁、5 第2膨張弁、6 室内熱交換器、7 第1インジェクション配管、8 インジェクション弁、9
絞り手段(第1絞り手段)、10 第2インジェクション配管、10a インジェクション配管、11 第1キャピラリチューブ、11a 第2絞り手段、12 第2キャピラリチューブ、12a 第3絞り手段、13 第2インジェクション弁、20 インジェクション回路、30 冷媒回路、31 冷媒配管、40 アキュムレータ、50 冷媒熱交換器、60 第1温度検出手段、61 第2温度検出手段、62 圧力検出手段、63 制御部、100 密閉容器、101 スクロール機構部、102 電動部、103 フレーム、104 油溜め部、105 吸入管、106 連通路、107 第1空間部、108 第2空間部、108a 圧縮室、109 第3空間部、110 旋回スクロール、111 固定スクロール、112 吐出弁、112a 冷媒流出穴、113 インジェクション管、113a 冷媒流入穴、114 吐出管、115 固定子、116 回転子、117 回転軸、117a 主軸部、117b 偏心軸部、118 第4空間部、120 案内路、200 空気調和装置、201 空気調和装置、202 空気調和装置、203
空気調和装置、204 空気調和装置、205 空気調和装置、206 空気調和装置、207 空気調和装置。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、第1膨張弁、第2膨張弁、室内熱交換器を冷媒配管で接続して構成される冷媒回路と、インジェクション回路とを備えた空気調和装置であって、前記圧縮機は、固定スクロールおよび当該固定スクロールとで冷媒を圧縮する旋回スクロールを有するスクロール機構部と、前記旋回スクロールに公転運動を与える電動部と、前記スクロール機構部と前記電動部との間に設けられた第1空間部と、前記スクロール機構部の径方向の外周に設けられた環状の第2空間部と、前記第1空間部に接続され、冷媒を前記圧縮機内に吸入させる吸入管と、前記第1空間部と前記第2空間部の間に設けられ、前記吸入管から前記第1空間部に吸入された冷媒を前記第2空間部へ案内する連通路と、前記第2空間部から前記スクロール機構部へ流入し、圧縮された冷媒を前記圧縮機外に吐出させる吐出管と、前記四方弁と前記圧縮機との間の冷媒配管に設けられたアキュムレータと、を有し、前記インジェクション回路は、前記四方弁と前記アキュムレータとの間の冷媒配管に接続され、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第1空間部に流入させる第1インジェクション配管と、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第2空間部に直接流入させる第2インジェクション配管と、を備え、前記第1インジェクション配管には第2絞り手段が設けられ、前記第2インジェクション配管には第3絞り手段が設けられ、前記第1インジェクション配管と前記第2インジェクション配管の流量を独立に調整され、前記第1インジェクション配管と前記第2インジェクション配管から同時に冷媒をインジェクションする

Claims (12)

  1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、第1膨張弁、第2膨張弁、室内熱交換器を冷媒配管で接続して構成される冷媒回路と、インジェクション回路とを備えた空気調和装置であって、
    前記圧縮機は、
    固定スクロールおよび当該固定スクロールとで冷媒を圧縮する旋回スクロールを有するスクロール機構部と、
    前記旋回スクロールに公転運動を与える電動部と、
    前記スクロール機構部と前記電動部との間に設けられた第1空間部と、
    前記スクロール機構部の径方向の外周に設けられた環状の第2空間部と、
    前記第1空間部に接続され、冷媒を前記圧縮機内に吸入させる吸入管と、
    前記第1空間部と前記第2空間部の間に設けられ、前記吸入管から前記第1空間部に吸入された冷媒を前記第2空間部へ案内する連通路と、
    前記第2空間部から前記スクロール機構部へ流入し、圧縮された冷媒を前記圧縮機外に吐出させる吐出管と、
    を有し、
    前記インジェクション回路により、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒の一部を前記第1空間部と前記第2空間部とに同時にインジェクションする空気調和装置。
  2. 前記インジェクション回路は、
    前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第1空間部に流入させる第1インジェクション配管と、
    前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒の一部を前記圧縮機の第2空間部に直接流入させる第2インジェクション配管と、
    を備え、
    前記第1インジェクション配管と前記第2インジェクション配管から同時に冷媒をインジェクションする請求項1記載の空気調和装置。
  3. 前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒の一部を流入させ、前記第1インジェクション配管と前記第2インジェクション配管に流入する合計流量を調整する第1絞り手段を有し、前記第1絞り手段の冷媒流出側で前記第1インジェクション配管と前記第2インジェクション配管に分流させる請求項2記載の空気調和装置。
  4. 第1インジェクション配管には第2絞り手段が設けられ、第2インジェクション配管には第3絞り手段が設けられ、前記第1インジェクション配管と前記第2インジェクション配管の流量を独立に調整する請求項2又は3記載の空気調和装置。
  5. 前記第1インジェクション配管には、第1インジェクション弁が設けられ、
    前記第2インジェクション配管には、第2インジェクション弁が設けられている請求項2記載の空気調和装置。
  6. 前記第1インジェクション配管のうち前記絞り手段の冷媒流出側の位置に設けられ、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒配管に流れる冷媒と前記第1絞り手段から流出される冷媒とを熱交換する冷媒熱交換器を備えた請求項3記載の空気調和装置。
  7. 前記四方弁と前記圧縮機との間の冷媒配管にアキュムレータを備え、
    前記第1インジェクション配管の他端が前記アキュムレータと前記圧縮機との間の冷媒配管に接続された請求項3記載の空気調和装置。
  8. 前記四方弁と前記圧縮機との間の冷媒配管にアキュムレータを備え、
    前記第1インジェクション配管の他端が前記四方弁と前記アキュムレータとの間の冷媒配管に接続された請求項4記載の空気調和装置。
  9. 前記圧縮機の吐出管に設けられ、当該吐出管を通る冷媒の吐出温度を検出する第1温度検出手段と、
    前記第2空間部内の冷媒の温度を検出する第2温度検出手段と、
    前記圧縮機の吸入管に設けられ、当該吸入管に流れる冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記第2温度検出手段により検出された冷媒の温度と前記圧力検出手段により検出された冷媒の圧力とから前記第2空間部内の冷媒の乾き度を算出し、算出した乾き度が設定値よりも高いときに、前記第1温度検出手段により検出された冷媒の吐出温度が下がるように前記第2絞り手段の開度を調整する制御部と
    を備えた請求項4記載の空気調和装置。
  10. 前記制御部は、算出した乾き度が設定値よりも低くなったときには、前記第1インジェクション配管からの冷媒量が変化しないように前記第2絞り手段の開度を調整すると共に、前記第3絞り手段の開度を現在の開度よりも大きくする請求項9記載の空気調和装置。
  11. 前記第2絞り手段と前記第3絞り手段の開度を制御する制御部を備え、
    暖房運転モード時に、前記第3絞り手段の開度を冷房運転モード時よりも大きくする請求項4記載の空気調和装置。
  12. 前記インジェクション回路は、
    一端が前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間の冷媒配管に接続され、他端が前記第2空間部と連通するように前記圧縮機に接続されたインジェクション配管を備え、
    前記圧縮機の内部には、少なくとも前記インジェクション配管からの冷媒を前記第1空間部に案内する案内路が設けられている請求項1記載の空気調和装置。
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