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技術 空気調和装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 友近一善川端立慈
出願日 2016年2月17日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2016-027885
公開日 2017年8月24日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-146015
状態 特許登録済
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械 可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械
主要キーワード 配管圧損 流量調整機構 レシーバタンク内 低温高圧 低圧低温 高圧側圧縮室 冷媒吸入管 多段圧縮
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この項目の情報は公開日時点(2017年8月24日)のものです。
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図面 (4)

課題

空気調和装置において、吐出冷媒温度の上昇を抑制しながら、冷房及び暖房の性能を向上できるようにする。

解決手段

冷房運転時において圧縮機101から吐出された冷媒は、四方弁103、室外熱交換器104、室外膨張機構106、レシーバタンク105、過冷却熱交換器109、室内膨張機構301a,301b、及び、室内熱交換器302a,302bの順に流れ、暖房運転時において圧縮機101から吐出された冷媒は、四方弁103、室内熱交換器302a,302b、室内膨張機構301a,301b、過冷却熱交換器109、レシーバタンク105、室外膨張機構106、及び、室外熱交換器104の順に流れ、レシーバタンク105内のガス冷媒を、過冷却膨張機構110及び過冷却熱交換器109の順に通過させて圧縮機101の吸込口側に戻すバイパス管145を備えた。

概要

背景

1台もしくは複数台室外ユニットと複数台の室内ユニットを備え、複数台の前記室内ユニットを冷房もしくは暖房のいずれか一方で運転可能な空気調和装置では、圧縮機、四方弁、及び、室外熱交換器を備えた室外ユニットと、室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管であるガス管及び液管により接続されている(例えば、特許文献1参照)。そして、暖房運転時は上記圧縮機の冷媒吐出管は上記四方弁を介して上記ガス管と接続され、上記室内熱交換器、上記液管、上記室外熱交換器の順に接続され、四方弁を介して上記圧縮機の冷媒吸入管と接続される。冷房運転時は上記圧縮機の冷媒吐出管は上記四方弁を介して上記室外熱交換器と接続され、上記液管、上記室内熱交換器、及び、上記ガス管の順に接続され、四方弁を介して上記圧縮機の冷媒吸入管と接続される。このような空気調和装置では、四方弁を切り替えることで、冷房運転もしくは暖房運転を実施可能に構成されている。
従来の構成において、冷媒として、R32、もしくはR32を含む混合冷媒を用いた場合、R32はR410Aに比べて潜熱が大きいため冷媒循環量を低減でき、冷媒側圧力損失が小さくなるという冷媒の特性を活かすことができる。この場合、熱交換器細径化が期待できる。しかし、室外熱交換器の容積が室内熱交換器の容積以下となった場合、冷房運転時に余剰冷媒が発生してしまうという課題があった。
上記課題を解決するため、特許文献1では、図3に示すように、室外ユニット500の室外熱交換器504と室外膨張機構506との間にレシーバタンク505を設け、余剰冷媒をレシーバタンク505に収容し、レシーバタンク505内の冷媒ガス成分を圧縮機501もしくは吸入管に戻すためのバイパス管520と流量調整機構515を設け、流量調整機構515を、暖房運転時に開状態、冷房運転時に閉状態とする構成が提案されている。なお、図3では、冷房運転時の冷媒の流れが矢印で示されている。また、図3で、符号502はオイルセパレータ、符号503は四方弁、符号531a,531bは室内膨張機構である。
流量調整機構515を暖房運転時に開状態とすることにより、蒸発に寄与しないガス成分が室外熱交換器504をバイパスするため、室外熱交換器504を流れる冷媒の流量が減少し、室外熱交換器504での冷媒側圧力損失を抑制することができる。
また、流量調整機構515を冷房運転時に閉状態とすることにより、室外熱交換器504の容積が室内熱交換器532a,532bの容積以下となることにより発生する余剰冷媒がレシーバタンク505に収容されるため、冷媒の制御に支障をきたすことを防止することができる。

概要

空気調和装置において、吐出冷媒温度の上昇を抑制しながら、冷房及び暖房の性能を向上できるようにする。冷房運転時において圧縮機101から吐出された冷媒は、四方弁103、室外熱交換器104、室外膨張機構106、レシーバタンク105、過冷却熱交換器109、室内膨張機構301a,301b、及び、室内熱交換器302a,302bの順に流れ、暖房運転時において圧縮機101から吐出された冷媒は、四方弁103、室内熱交換器302a,302b、室内膨張機構301a,301b、過冷却熱交換器109、レシーバタンク105、室外膨張機構106、及び、室外熱交換器104の順に流れ、レシーバタンク105内のガス冷媒を、過冷却膨張機構110及び過冷却熱交換器109の順に通過させて圧縮機101の吸込口側に戻すバイパス管145を備えた。

目的

本発明は、上記課題を解決するものであり、空気調和装置において、吐出冷媒温度の上昇を抑制しながら、冷房及び暖房の性能を向上できるようにすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

1台もしくは複数台室外ユニットと複数台の室内ユニットとを備え、前記室外ユニットは、圧縮機、四方弁室外熱交換器室外膨張機構、及び、レシーバタンクを有し、前記室内ユニットは、室内膨張機構及び室内熱交換器を有し、前記室外ユニットと前記室内ユニットとはガス管及び液管で接続されており、冷房運転もしくは暖房運転のいずれか一方で運転可能な空気調和装置において、前記室外ユニットは、前記室外ユニットを流れる冷媒熱交換する過冷却熱交換器、及び、過冷却膨張機構を備え、冷房運転時において前記圧縮機から吐出された冷媒は、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記室外膨張機構、前記レシーバタンク、前記過冷却熱交換器、前記室内膨張機構、及び、前記室内熱交換器の順に流れ、暖房運転時において前記圧縮機から吐出された冷媒は、前記四方弁、前記室内熱交換器、前記室内膨張機構、前記過冷却熱交換器、前記レシーバタンク、前記室外膨張機構、及び、前記室外熱交換器の順に流れ、前記レシーバタンクは冷媒を気液分離する構造を備え、前記レシーバタンク内ガス冷媒を、前記過冷却膨張機構及び前記過冷却熱交換器の順に通過させて前記圧縮機の吸込口側に戻すバイパス回路を備えたことを特徴とする空気調和装置。

請求項2

前記バイパス回路における前記過冷却膨張機構の上流側と、前記過冷却熱交換器と前記室内膨張機構とを繋ぐ配管と、を繋ぐ分岐管を備えることを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。

請求項3

前記バイパス回路が前記吸込口と前記四方弁との間に合流する合流部と前記四方弁との間に第1の温度センサが設けられ、前記レシーバタンクと前記過冷却熱交換器との間に第2の温度センサが設けられ、前記合流部と前記圧縮機の前記吸込口との間に第3の温度センサが設けられ、前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサの検出値を用いて前記第3の温度センサの検出値が所定の値となるように前記過冷却膨張機構の開度を調整することを特徴とする請求項2記載の空気調和装置。

請求項4

前記バイパス回路における前記レシーバタンクと前記過冷却膨張機構とを接続する配管の径が、前記分岐管の径よりも大きいことを特徴とする請求項2記載の空気調和装置。

請求項5

前記冷媒は、R32、もしくは、R32を含む混合冷媒であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の空気調和装置。

技術分野

0001

本発明は、空気調和装置に関する。

背景技術

0002

1台もしくは複数台室外ユニットと複数台の室内ユニットを備え、複数台の前記室内ユニットを冷房もしくは暖房のいずれか一方で運転可能な空気調和装置では、圧縮機、四方弁、及び、室外熱交換器を備えた室外ユニットと、室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管であるガス管及び液管により接続されている(例えば、特許文献1参照)。そして、暖房運転時は上記圧縮機の冷媒吐出管は上記四方弁を介して上記ガス管と接続され、上記室内熱交換器、上記液管、上記室外熱交換器の順に接続され、四方弁を介して上記圧縮機の冷媒吸入管と接続される。冷房運転時は上記圧縮機の冷媒吐出管は上記四方弁を介して上記室外熱交換器と接続され、上記液管、上記室内熱交換器、及び、上記ガス管の順に接続され、四方弁を介して上記圧縮機の冷媒吸入管と接続される。このような空気調和装置では、四方弁を切り替えることで、冷房運転もしくは暖房運転を実施可能に構成されている。
従来の構成において、冷媒として、R32、もしくはR32を含む混合冷媒を用いた場合、R32はR410Aに比べて潜熱が大きいため冷媒循環量を低減でき、冷媒側圧力損失が小さくなるという冷媒の特性を活かすことができる。この場合、熱交換器細径化が期待できる。しかし、室外熱交換器の容積が室内熱交換器の容積以下となった場合、冷房運転時に余剰冷媒が発生してしまうという課題があった。
上記課題を解決するため、特許文献1では、図3に示すように、室外ユニット500の室外熱交換器504と室外膨張機構506との間にレシーバタンク505を設け、余剰冷媒をレシーバタンク505に収容し、レシーバタンク505内の冷媒ガス成分を圧縮機501もしくは吸入管に戻すためのバイパス管520と流量調整機構515を設け、流量調整機構515を、暖房運転時に開状態、冷房運転時に閉状態とする構成が提案されている。なお、図3では、冷房運転時の冷媒の流れが矢印で示されている。また、図3で、符号502はオイルセパレータ、符号503は四方弁、符号531a,531bは室内膨張機構である。
流量調整機構515を暖房運転時に開状態とすることにより、蒸発に寄与しないガス成分が室外熱交換器504をバイパスするため、室外熱交換器504を流れる冷媒の流量が減少し、室外熱交換器504での冷媒側圧力損失を抑制することができる。
また、流量調整機構515を冷房運転時に閉状態とすることにより、室外熱交換器504の容積が室内熱交換器532a,532bの容積以下となることにより発生する余剰冷媒がレシーバタンク505に収容されるため、冷媒の制御に支障をきたすことを防止することができる。

先行技術

0003

特開2013−204922号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来技術では、冷房運転時には室外熱交換器504で凝縮した冷媒がレシーバタンク505へと流入し、レシーバタンク505内の冷媒液成分が室外膨張機構506へと送られるが、例えば室外熱交換器504を通過後の冷媒の過冷却度が小さい場合や気液二相状態の場合は、室外膨張機構506の圧力損失により冷媒がフラッシュしてしまい、液管の冷媒側圧力損失が大きくなり性能が低下してしまうという課題があった。
また、暖房運転時には流量調整機構515が開状態となり低温高圧の冷媒が圧縮機501の吸込側に戻るため、吐出冷媒温度を低減する効果が得られる。しかし、冷房運転時には流量調整機構515が閉状態となり、吐出冷媒温度を低減する効果は得られない。このため、例えば、室内機530a,530bの設置台数が多く、長配管で接続されるようなシステムで冷媒にR32を用いた場合、冷媒側の配管圧損により吸込圧力が低下してしまうため圧力比が大きくなってしまうが、流量調整機構515を流れる冷媒で冷却できないため、冷房運転時に吐出冷媒温度が高くなってしまうという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するものであり、空気調和装置において、吐出冷媒温度の上昇を抑制しながら、冷房及び暖房の性能を向上できるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

上記目的を達成するため、本発明は、1台もしくは複数台の室外ユニットと複数台の室内ユニットとを備え、前記室外ユニットは、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張機構、及び、レシーバタンクを有し、前記室内ユニットは、室内膨張機構及び室内熱交換器を有し、前記室外ユニットと前記室内ユニットとはガス管及び液管で接続されており、冷房運転もしくは暖房運転のいずれか一方で運転可能な空気調和装置において、前記室外ユニットは、前記室外ユニットを流れる冷媒と熱交換する過冷却熱交換器、及び、過冷却膨張機構を備え、冷房運転時において前記圧縮機から吐出された冷媒は、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記室外膨張機構、前記レシーバタンク、前記過冷却熱交換器、前記室内膨張機構、及び、前記室内熱交換器の順に流れ、暖房運転時において前記圧縮機から吐出された冷媒は、前記四方弁、前記室内熱交換器、前記室内膨張機構、前記過冷却熱交換器、前記レシーバタンク、前記室外膨張機構、及び、前記室外熱交換器の順に流れ、前記レシーバタンクは冷媒を気液分離する構造を備え、前記レシーバタンク内ガス冷媒を、前記過冷却膨張機構及び前記過冷却熱交換器の順に通過させて前記圧縮機の吸込口側に戻すバイパス回路を備えたことを特徴とする。

0006

また、本発明は、前記バイパス回路における前記過冷却膨張機構の上流側と、前記過冷却熱交換器と前記室内膨張機構とを繋ぐ配管と、を繋ぐ分岐管を備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記バイパス回路が前記吸込口と前記四方弁との間に合流する合流部と前記四方弁との間に第1の温度センサが設けられ、前記レシーバタンクと前記過冷却熱交換器との間に第2の温度センサが設けられ、前記合流部と前記圧縮機の前記吸込口との間に第3の温度センサが設けられ、前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサの検出値を用いて前記第3の温度センサの検出値が所定の値となるように前記過冷却膨張機構の開度を調整することを特徴とする。
さらに、本発明は、前記バイパス回路における前記レシーバタンクと前記過冷却膨張機構とを接続する配管の径が、前記分岐管の径よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明は、前記冷媒は、R32、もしくは、R32を含む混合冷媒であることを特徴とする。

発明の効果

0007

本発明の空気調和装置によれば、冷房運転時には、レシーバタンクで分離されたガス冷媒が、バイパス回路を過冷却膨張機構及び過冷却熱交換器の順に通過し、過冷却膨張機構で冷却されてから圧縮機の吸込口に戻るため、圧縮機の吸込冷媒温度を低下させることができ、冷房運転時における圧縮機の吐出冷媒温度を低下させることができる。さらに、冷房運転時に、レシーバタンクから室内熱交換器側に流れる液冷媒は、バイパス回路の冷媒が流れる過冷却熱交換器で冷却されて過冷却度が増加する。このため、室内熱交換器に流入する気液二相状態の冷媒において蒸発に寄与する液冷媒の割合を増加させることができ、冷房の性能を向上できる。また、暖房運転時には、室内ユニット側からレシーバタンクに戻った冷媒のガス冷媒が、バイパス回路の過冷却膨張機構を通って圧縮機の吸込口に戻るため、暖房運転時の圧縮機の吐出冷媒温度を低下させることができる。その上、暖房運転時には、蒸発に寄与しないガス冷媒がバイパス回路を通って室外熱交換器をバイパスするため、室外熱交換器の冷媒循環量を小さくでき、冷媒の圧力損失を低減できる。このため、冷房運転時及び暖房運転時において、吐出冷媒温度の上昇を抑制しながら性能向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0008

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
暖房運転時における空気調和装置の冷媒回路図である。
従来の空気調和装置の冷媒回路図である。

実施例

0009

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。ここで、図1では、冷房運転時の状態が図示されている。
図1の空気調和装置10は、室外ユニット1台に複数台の室内ユニットが接続された構成となっている。なお、冷凍サイクルの構成については、図1に示したものに限定されない。例えば、室外ユニットは2台以上を並列接続可能である。

0010

空気調和装置10は、室外ユニット100と、複数の室内ユニット300a,300bとを備え、室外ユニット100と室内ユニット300a,300bとは、冷媒が流通するユニット間配管で連結されている。このユニット間配管は、液管210と、ガス管220とを備える。室内ユニット300a,300bは、上記ユニット間配管に対して並列に接続される。ここで、空気調和装置10を流れる冷媒は、R32、もしくは、R32を一部に含む混合冷媒である。

0011

室内ユニット300a,300bは、室内膨張機構301a,301b、及び、図示しない送風機により室内を暖房・冷房する室内熱交換器302a,302bを備える。
室内膨張機構301a,301bが設けられる側である室内ユニット300a,300bの一端は、分配管303,303によって液管210にそれぞれ接続される。室内ユニット300a,300bの他端は、分配管304,304によってガス管220にそれぞれ接続される。

0012

室外ユニット100は、圧縮機101と、圧縮機101から吐出された冷媒に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機101へ戻すオイルセパレータ102と、冷房運転及び暖房運転の運転状態により冷媒回路を切り替える四方弁103と、図示しない送風機により室外放熱吸熱する室外熱交換器104と、冷媒を収容することが可能で、ガス冷媒と液冷媒とを分離する機能を有するレシーバタンク105と、室外膨張機構106と、電磁弁108と、過冷却熱交換器109と、過冷却熱交換器109に流入する冷媒温度を調整するための過冷却膨張機構110と、逆止弁107,111と、制御部150とを備える。
また、室外ユニット100は、液管210の室外ユニット100側の端が接続される液管接続口116と、ガス管220の室外ユニット100側の端が接続されるガス管接続口117とを備える。

0013

室外ユニット100は、圧縮機101の冷媒の吐出口と室外熱交換器104の一端とを接続する冷媒吐出管140と、室外熱交換器104の他端と液管接続口116とを接続する冷媒配管141と、ガス管接続口117と四方弁103とを接続する冷媒配管142と、四方弁103と圧縮機101の冷媒の吸込口とを接続する冷媒吸入管143とを備える。
冷媒吐出管140には、圧縮機101側から順に、オイルセパレータ102及び四方弁103が設けられている。
冷媒配管141には、冷房運転時の冷媒の流れの上流側から順に、室外膨張機構106、レシーバタンク105、及び、過冷却熱交換器109が設けられている。

0014

また、室外ユニット100は、レシーバタンク105のガス冷媒の出口105aと冷媒吐出管140とを接続する冷媒戻し管144と、レシーバタンク105の出口105aと冷媒吸入管143とを接続するバイパス管145(バイパス回路)と、冷媒配管141とバイパス管145とを接続する分岐管146とを備える。
詳細には、冷媒戻し管144の端は、冷媒吐出管140においてオイルセパレータ102と四方弁103との間に接続されている。また、冷媒戻し管144には電磁弁108が設けられ、冷媒戻し管144の冷媒の流量は電磁弁108によって制御される。

0015

また、バイパス管145には、上流側から順に、逆止弁107、過冷却膨張機構110、及び、過冷却熱交換器109が接続されている。逆止弁107は、レシーバタンク105から過冷却膨張機構110側への流れのみを許容する逆止弁である。過冷却熱交換器109では、バイパス管145の冷媒と冷媒配管141の冷媒とが熱交換される。
分岐管146の一端は、冷媒配管141において過冷却熱交換器109と液管接続口116との間の区間を構成する配管141aに接続されている。ここで、配管141aは、過冷却熱交換器109と室内膨張機構301a,301bとを繋ぐ配管の一部を構成している。
分岐管146の他端は、バイパス管145において過冷却膨張機構110の上流の部分、すなわち、逆止弁107と過冷却膨張機構110との間に接続されている。分岐管146には、逆止弁111が設けられている。逆止弁111は、配管141aからバイパス管145側への流れのみを許容する逆止弁である。
バイパス管145において、少なくとも過冷却膨張機構110の上流側の部分の配管145aの径は、分岐管146の径よりも大径に形成されている。

0016

室外ユニット100は、冷媒吸入管143において、バイパス管145が冷媒吸入管143に合流する合流部145bと四方弁103との間に、第1の温度センサ114を備える。
また、室外ユニット100は、レシーバタンク105と過冷却熱交換器109との間に、第2の温度センサ112を備える。
さらに、室外ユニット100は、冷媒吸入管143において、合流部145bと圧縮機101の吸込口との間に、第3の温度センサ113を備える。
すなわち、冷媒吸入管143においてバイパス管145が合流する前の冷媒の温度が第1の温度センサ114によって検出され、冷媒吸入管143においてバイパス管145が合流した後の冷媒の温度が第3の温度センサ113によって検出される。また、レシーバタンク105を出て過冷却熱交換器109に流入する前の冷媒の温度が第2の温度センサ112によって検出される。

0017

制御部150は、圧縮機101、四方弁103、室外膨張機構106、電磁弁108、及び、過冷却膨張機構110の動作を制御する。また、制御部150は、第1の温度センサ114、第2の温度センサ112、及び、第3の温度センサ113の検出値を取得する。

0018

次に、室外ユニット100及び室内ユニット300a,300bの動作を説明する。
図1では、冷房運転時の冷媒の流れが矢印で示されている。
図1に示すように、冷房運転時には、圧縮機101から冷媒吐出管140に吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ102により冷凍機油が分離された後、四方弁103を通過して室外熱交換器104へ流入する。室外熱交換器104により外気に放熱して凝縮した高圧液冷媒は、室外膨張機構106を通過した後、冷媒配管141を通ってレシーバタンク105に流入する。この時、室外膨張機構106は室外熱交換器104の出口の冷媒の過冷却度が所定の値となるように制御される。
レシーバタンク105に流入した冷媒はガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒のみが冷媒配管141を通って過冷却熱交換器109に導かれる。冷媒配管141を通って過冷却熱交換器109に流入する冷媒は、バイパス管145を通って過冷却熱交換器109に流入した冷媒と熱交換する。この熱交換については後述する。

0019

過冷却熱交換器109を通過した冷媒の本流は、液管210及び分配管303,303を通って室内ユニット300a,300bに導かれる。液管210から室内ユニット300a,300bに流入した液冷媒は、室内膨張機構301a,301bによって減圧されて気液二相状態となり、室内熱交換器302a,302bで室内を冷房した後、分配管304,304を通ってガス管220へ導かれる。ガス管220を通過した冷媒は室外ユニット100に戻り、冷媒配管142、四方弁103、及び、冷媒吸入管143を順に通って圧縮機101に吸込まれる。

0020

レシーバタンク105で分離されたガス冷媒は、冷媒戻し管144とバイパス管145とに分岐して流れる。
レシーバタンク105から冷媒戻し管144に流入した冷媒は、冷媒吐出管140においてオイルセパレータ102と四方弁103との間に流入し、その後、四方弁103を通って室外熱交換器104に流れる。
詳細には、制御部150は、センサ等(不図示)によって冷媒不足を検知した場合に、電磁弁108を開状態とし、これにより、レシーバタンク105内に溜っている液冷媒は、高圧ガス冷媒により押し出され、冷媒戻し管144を通って冷媒吐出管140に流入する。これにより、冷媒吐出管140側の冷媒不足が解消される。また、制御部150は、冷媒不足が検知されない場合は、電磁弁108を閉状態にする。

0021

レシーバタンク105からバイパス管145に流入した冷媒は、逆止弁107を経て過冷却膨張機構110に流れる。さらに、冷媒配管141から過冷却熱交換器109に流入して配管141aを流れる冷媒の一部は、分岐して分岐管146に流れ、逆止弁111を通り、バイパス管145における過冷却膨張機構110の上流側に合流し、その後、過冷却膨張機構110に流れる。

0022

過冷却膨張機構110に流入した冷媒は、過冷却膨張機構110によって減圧され低温となり、過冷却熱交換器109に流入する。過冷却膨張機構110を通って過冷却熱交換器109に流入した低温の冷媒は、冷媒配管141から過冷却熱交換器109に流入した冷媒と熱交換し、冷媒配管141から過冷却熱交換器109に流入した冷媒が冷却される。これにより、過冷却熱交換器109から室内ユニット300a,300bに流れる冷媒の過冷却度が増加するため、効率良く冷房することができる。
上述のように、バイパス管145において、少なくとも過冷却膨張機構110の上流側の部分の配管145aの径は、分岐管146の径よりも大径に形成されている。これにより、バイパス管145の冷媒の圧力損失が小さくなるとともに、分岐管146の冷媒の圧力損失が大きくなり、分岐管146に流れる冷媒量が過剰になることを防止できる。

0023

過冷却膨張機構110から過冷却熱交換器109に流入して熱交換した冷媒は、バイパス管145をさらに流れ、合流部145bで冷媒吸入管143に合流し、冷媒吸入管143を通って圧縮機101に吸込まれる。すなわち、本実施の形態では、過冷却膨張機構110を通過して低温となった冷媒が圧縮機101に戻り、圧縮機101の吸込冷媒温度が低下するため、圧縮機101の吐出冷媒温度を低下させることができる。

0024

詳細には、制御部150は、第1の温度センサ114により検知した吸込冷媒温度T1(不図示)と、第2の温度センサ112により検知したレシーバタンク105の出口側の冷媒温度T2(不図示)とを比較する。吸込冷媒温度T1<冷媒温度T2の場合、制御部150は、過冷却膨張機構110を全閉状態とする。これにより、吸込冷媒温度T1よりも高温なレシーバタンク105の出口側の冷媒がバイパス管145を通って圧縮機101の吸込口に戻ることを防止でき、圧縮機101の吐出冷媒温度の上昇を抑制できる。

0025

また、制御部150は、吸込冷媒温度T1>冷媒温度T2の場合、過冷却膨張機構110の開度を増加させる。これにより、過冷却膨張機構110を通過して低温となった冷媒が圧縮機101に戻るため、圧縮機101の吸込冷媒温度を低下させることができる。
さらに、制御部150は、吸込冷媒温度T1>冷媒温度T2の状態で過冷却膨張機構110の開度を調節する際、第3の温度センサ113により検知される圧縮機101の吸込口側の冷媒温度T3(不図示)が所定の値となるように過冷却膨張機構110を制御する。ここで、冷媒温度T3の所定の値は、冷媒がバイパス管145を通って過剰に圧縮機101に戻らないように設定される。このため、冷媒が過剰に戻ることによる性能低下を抑制できる。

0026

図2は、暖房運転時における空気調和装置10の冷媒回路図である。図2では、暖房運転時の冷媒の流れが矢印で示されている。
図2に示すように、暖房運転時には、圧縮機101から冷媒吐出管140に吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ102により冷凍機油が分離された後、四方弁103を通過して冷媒配管142に流れる。冷媒配管142に流れた冷媒は、ガス管220及び分配管304,304を通って室内ユニット300a,300bに導かれる。
室内ユニット300a,300bに導かれた冷媒は、室内熱交換器302a,302bで凝縮することにより室内を暖房する。この時、室内膨張機構301a,301bは、室内熱交換器302a,302bの出口における冷媒の過冷却度が設定値になるよう制御される。

0027

室内ユニット300a,300bを通過した高圧液冷媒は、液管210を通過した後、室外ユニット100へ流入する。室外ユニット100に流入した高圧液冷媒は、配管141aを通り、過冷却熱交換器109の側へ向かう流れと、分岐管146を通る流れとに分岐する。
配管141aから過冷却熱交換器109を通過した冷媒は、レシーバタンク105へと導かれ、レシーバタンク105で液冷媒とガス冷媒とに分離される。
レシーバタンク105で分離された液冷媒は、冷媒配管141を流れ、室外膨張機構106で低圧低温の気液二相状態となり、その後、室外熱交換器104で外気から吸熱して蒸発し、低圧ガス冷媒となる。この冷媒は、四方弁103を経て冷媒吸入管143に流れ、圧縮機101に吸込まれる。このように、暖房運転時は、ガス冷媒が室外熱交換器104の上流のレシーバタンク105で分離され、暖房運転時に蒸発に寄与しないガス冷媒が室外熱交換器104に流れることが抑制される。これにより、室外熱交換器104の冷媒循環量を小さくして冷媒の圧力損失を低減できるため、暖房性能を向上できる。

0028

レシーバタンク105で分離されたガス冷媒は、冷媒戻し管144とバイパス管145とに分岐して流れる。
レシーバタンク105から冷媒戻し管144に流入した冷媒は、冷媒吐出管140においてオイルセパレータ102と四方弁103との間に流入し、その後、四方弁103を通って室外熱交換器104に流れる。
詳細には、制御部150は、センサ等(不図示)によって冷媒不足を検知した場合に、電磁弁108を開状態とし、これにより、レシーバタンク105内に溜っている液冷媒は、高圧ガス冷媒により押し出され、冷媒戻し管144を通って冷媒吐出管140に流入する。これにより、冷媒吐出管140側の冷媒不足が解消される。また、制御部150は、冷媒不足が検知されない場合は、電磁弁108を閉状態にする。

0029

レシーバタンク105からバイパス管145に流入した冷媒は、逆止弁107を経て過冷却膨張機構110に流れる。さらに、配管141aから分岐管146に流れる冷媒は、逆止弁111を通り、バイパス管145における過冷却膨張機構110の上流側に合流し、その後、過冷却膨張機構110に流れる。

0030

過冷却膨張機構110に流入した冷媒は、過冷却膨張機構110によって減圧され低温となり、過冷却熱交換器109に流入する。過冷却膨張機構110を通って過冷却熱交換器109に流入した低温の冷媒は、冷媒配管141から過冷却熱交換器109に流入した冷媒と熱交換し、温度が上昇する。

0031

過冷却膨張機構110から過冷却熱交換器109に流入して熱交換した冷媒は、バイパス管145をさらに流れ、合流部145bで冷媒吸入管143に合流し、冷媒吸入管143を通って圧縮機101に吸込まれる。すなわち、本実施の形態では、過冷却膨張機構110を通過して低温となった冷媒が圧縮機101に戻り、圧縮機101の吸込冷媒温度が低下するため、圧縮機101の吐出冷媒温度を低下させることができる。
本実施の形態では、過冷却膨張機構110を通って過冷却熱交換器109に流入した低温の冷媒は、過冷却熱交換器109で熱交換して温度が上昇してから圧縮機101に戻る。これにより、バイパス管145の流量を多くした場合であっても、冷媒吸入管143側の冷媒を冷やし過ぎることを防止でき、圧縮機101への液バックを防止できる。このため、レシーバタンク105で分離したガス冷媒をバイパス管145に多く流すことができ、暖房運転時に蒸発に寄与しないガス冷媒を効率良く室外熱交換器104に対してバイパスさせることができ、暖房性能を向上できる。

0032

詳細には、制御部150は、センサ(不図示)により検出される圧縮機101の吐出冷媒温度が所定の値より低い時は、過冷却膨張機構110を閉状態とし、バイパス管145から圧縮機101の冷媒が流れないようにする。これにより、吐出冷媒温度が低い状態で冷媒が過剰にバイパスして圧縮機101に戻ることが防止される。

0033

また、制御部150は、センサ(不図示)により検出される圧縮機101の吐出冷媒温度が所定の値以上の時は、過冷却膨張機構110の開度を増加させる。これにより、過冷却膨張機構110を通過して低温となった冷媒が圧縮機101に戻るため、圧縮機101の吸込冷媒温度を低下させることができる。
さらに、制御部150は、吐出冷媒温度が所定の値以上の時において過冷却膨張機構110の開度を調節する際、第3の温度センサ113により検知される圧縮機101の吸込口側の冷媒温度T3(不図示)が所定の値となるように過冷却膨張機構110を制御する。ここで、冷媒温度T3の所定の値は、冷媒がバイパス管145を通って過剰に圧縮機101に戻らないように設定される。

0034

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、空気調和装置10は、室外ユニット100と複数台の室内ユニット300a,300bとを備え、室外ユニット100は、圧縮機101、四方弁103、室外熱交換器104、室外膨張機構106、及び、レシーバタンク105を有し、室内ユニット300a,300bは、室内膨張機構301a,301b及び室内熱交換器302a,302bを有し、室外ユニット100と室内ユニット300a,300bとはガス管220及び液管210で接続されており、冷房運転もしくは暖房運転のいずれか一方で運転可能であり、室外ユニット100は、室外ユニット100を流れる冷媒と熱交換する過冷却熱交換器109、及び、過冷却膨張機構110を備え、冷房運転時において圧縮機101から吐出された冷媒は、四方弁103、室外熱交換器104、室外膨張機構106、レシーバタンク105、過冷却熱交換器109、室内膨張機構301a,301b、及び、室内熱交換器302a,302bの順に流れ、暖房運転時において圧縮機101から吐出された冷媒は、四方弁103、室内熱交換器302a,302b、室内膨張機構301a,301b、過冷却膨張機構110、レシーバタンク105、室外膨張機構106、及び、室外熱交換器104の順に流れ、レシーバタンク105は冷媒を気液分離する構造を備え、レシーバタンク105内のガス冷媒を、過冷却膨張機構110及び過冷却熱交換器109の順に通過させて圧縮機101の吸込口側に戻すバイパス管145を備える。
これにより、冷房運転時には、レシーバタンク105で分離されたガス冷媒が、バイパス管145を過冷却膨張機構110及び過冷却熱交換器109の順に通過し、過冷却膨張機構110で冷却されてから圧縮機101の吸込口に戻るため、圧縮機101の吸込冷媒温度を低下させることができ、冷房運転時における圧縮機101の吐出冷媒温度を低下させることができる。さらに、冷房運転時に、レシーバタンク105から室内熱交換器302a,302b側に流れる液冷媒は、バイパス管145の冷媒が流れる過冷却熱交換器109で冷却されて過冷却度が増加する。このため、室内熱交換器302a,302bに流入する気液二相状態の冷媒において蒸発に寄与する液冷媒の割合を増加させることができ、冷房の性能を向上できる。さらに、冷房運転時には、室外膨張機構106を全開にした場合であっても、室外膨張機構106のオリフィス部で圧力損失が発生し、冷媒がフラッシュ(気泡が発生)する傾向にあるが、室外膨張機構106を通過した冷媒はレシーバタンク105でガス冷媒が分離されて液管210側に流れるため、液管210側で冷媒がフラッシュすることを抑制でき、冷房性能を向上できる。また、室外ユニット100の近くに熱源がある場合、室外熱交換器104のフィン目詰まりしている場合、及び、室外ユニット100が風通しの悪い場所に設置される場合等、は周囲温度の上昇によりフラッシュが発生し易くなるが、この場合であっても同様に、レシーバタンク105によってフラッシュの発生を抑制できる。
また、暖房運転時には、室内ユニット300a,300b側からレシーバタンク105に戻った冷媒のガス冷媒が、バイパス管145の過冷却膨張機構110を通って圧縮機101の吸込口に戻るため、暖房運転時の圧縮機の吐出冷媒温度を低下させることができる。その上、暖房運転時には、蒸発に寄与しないガス冷媒がバイパス管145を通って室外熱交換器104をバイパスするため、室外熱交換器104の冷媒循環量を小さくでき、冷媒の圧力損失を低減できる。このため、冷房運転時及び暖房運転時において、吐出冷媒温度の上昇を抑制しながら性能向上を図ることができる。

0035

また、空気調和装置10は、バイパス管145における過冷却膨張機構110の上流側と、過冷却熱交換器109と室内膨張機構301a,301bとを繋ぐ配管と、を繋ぐ分岐管146を備える。これにより、冷房運転時には、レシーバタンク105から過冷却熱交換器109に流れた液冷媒の一部を、分岐管146を介して過冷却膨張機構110及び過冷却熱交換器109に流し、この冷媒を圧縮機101の吸込口に戻して吐出冷媒温度の低下を図ることができる。また、暖房運転時には、室内膨張機構301a,301bを通って室外ユニット100に戻った冷媒の一部を、分岐管146を介して過冷却膨張機構110及び過冷却熱交換器109に流し、この冷媒を圧縮機101の吸込口に戻して吐出冷媒温度の低下を図ることができる。

0036

また、バイパス管145が圧縮機101の吸込口と四方弁103との間に合流する合流部145bと四方弁103との間に第1の温度センサ114が設けられ、レシーバタンク105と過冷却熱交換器109との間に第2の温度センサ112が設けられ、合流部145bと圧縮機101の吸込口との間に第3の温度センサ113が設けられ、第1の温度センサ114及び第2の温度センサ112の検出値を用いて第3の温度センサ113の検出値が所定の値となるように過冷却膨張機構110の開度を調整する。これにより、第1の温度センサ114によって、バイパス管145が合流する前の吸込側の冷媒温度を検知でき、第2の温度センサ112によって、レシーバタンク105の出口側の冷媒温度を検知でき、第3の温度センサ113によって合流部145bの下流で吸込口の近くの冷媒温度を検知できるため、バイパス管145を通って圧縮機101の吸込口に戻る冷媒の量を適切に制御でき、圧縮機101の吐出冷媒温度を効果的に低下させることができる。

0037

さらに、バイパス管145におけるレシーバタンク105と過冷却膨張機構110とを接続する配管の径が、分岐管146の径よりも大きい。レシーバタンク105からバイパス管145を流れるガス冷媒の方が、分岐管146からバイパス管145に合流する液冷媒もしくは気液二相冷媒よりも密度が小さいため、バイパス管145の配管の径を大きくすることで、バイパス管145の冷媒の圧力損失が小さくなる。また、液冷媒もしくは気液二相冷媒が流れる分岐管146の径を小さくすることで、分岐管146の冷媒の圧力損失が大きくなる。このため、冷媒が分岐管146に偏って流れてバイパス管145の冷媒量が少なくなることを抑制できる。これにより、バイパス管145のガス冷媒と分岐管146の液冷媒もしくは気液二相冷媒とが合流してから過冷却熱交換器109に流れる場合に、冷媒の分流不良による性能低下を抑制できる。
また、冷媒は、R32、もしくは、R32を含む混合冷媒であるため、R410A冷媒よりも地球温暖化係数(GWP)が小さくなる。このため、R32、もしくは、R32を含む混合冷媒を用いた場合に、吐出冷媒温度の上昇を抑制しながら、環境に対する影響を低減できる。

0038

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態では、過冷却膨張機構110から過冷却熱交換器109に流入して熱交換した冷媒は、バイパス管145をさらに流れ、合流部145bで冷媒吸入管143に合流し、冷媒吸入管143を通って圧縮機101に吸込まれるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。バイパス管145の冷媒は圧縮機101の吸込側に戻れば良く、例えば、低圧側の圧縮室高圧側圧縮室とが直列に接続された多段圧縮型の圧縮機において、低圧側の圧縮室と高圧側圧縮室との間の中間圧の部分にバイパス管145の冷媒を戻す構成としても良い。

0039

10空気調和装置
100室外ユニット
101圧縮機
103四方弁
104室外熱交換器
105レシーバタンク
106室外膨張機構
109冷却熱交換器
110 冷却膨張機構
112 第2の温度センサ
113 第3の温度センサ
114 第1の温度センサ
145バイパス管(バイパス回路)
146分岐管
210液管
220ガス管
300a,300b室内ユニット
301a,301b室内膨張機構
302a,302b 室内熱交換器

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