JP4335893B2

JP4335893B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4335893B2
Application number: JP2006223259A
Authority: JP
Inventors: 正裕岸野
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2026-08-18
Also published as: JP2008045837A

Description

本発明は、膨張弁と室外熱交換器との間に設けられた気液分離器よりガス冷媒を圧縮機の吸入側へとバイパスするガスバイパス回路を備えた空気調和装置に関する。

圧縮機から吐出される冷媒を熱交換しつつ循環させる空気調和装置において、暖房運転を行う際には、膨張弁の下流側に配置される室外熱交換器は、液冷媒を気化させる蒸発器として機能する。熱交換を効率良く行うためには、室外熱交換器へのガス冷媒の混入を防止する必要がある。そこで、従来、膨張弁と室外熱交換器との間に、気液分離器と、この気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の吸入側へとバイパスするガスバイパス回路と、このガスバイパス回路の流量を調整する流量調整弁と、を備えた空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

この空気調和装置においては、ガスバイパス回路に設けられた流量調整弁の開度を圧縮機の回転数に応じて制御しており、気液分離器によってガス冷媒と液冷媒とを分離し、分離したガス冷媒をガスバイパス回路を通じて圧縮機へと供給し、蒸発器となる室外熱交換器へのガス冷媒の混入を抑制して、熱交換を効率的に行う。
特開２０００−５５４８２号公報

ところで、前述の空気調和装置においては、ガスバイパス回路に設けられた流量調整弁の開度を圧縮機の回転数に応じて制御しているが、圧縮機の回転数が同一である場合でも、空気調和装置の運転状況、運転条件等により、気液分離器で分離されるガス冷媒の量が変化することがある。このため、ガス冷媒を確実にバイパスさせることができず、室外熱交換器にガス冷媒が混入して、熱交換を効率よく行うことができないことがあった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、気液分離器で分離したガス冷媒を確実にガスバイパス回路へとバイパスさせることができる空気調和装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、膨張弁と室外熱交換器との間に設けた気液分離器により分離されたガス冷媒を、圧縮機吸入側へとバイパスするガスバイパス回路を備えた空気調和装置において、前記ガスバイパス回路の流量を調整する流量調整弁と、前記気液分離器により分離された液冷媒を前記室外熱交換器へと供給する液冷媒回路における前記気液分離器の液出口部分と前記室外熱交換器の液入口部分との圧力差を検出する検出手段と、前記圧力差に応じて前記流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

この構成の空気調和装置においては、前記気液分離器により分離された液冷媒を前記室外熱交換器へと供給する液冷媒回路における前記気液分離器の液出口部分と前記室外熱交換器の液入口部分との圧力差を検出する検出手段によって、液冷媒回路にガス冷媒が混入した際の圧力損失の増加を圧力差の変動として検知する。ガス冷媒の混入が検出された場合には、制御手段によってガスバイパス回路の流量調整弁の開度を大きくしてガス冷媒を確実にバイパスさせる。

本発明によれば、前記気液分離器の液出口と前記室外熱交換器の液入口との圧力差の変動から液冷媒回路にガス冷媒が混入したことを検知してガスバイパス回路に設けられた流量調整弁の開度を調整するので、ガス冷媒量に応じて流量調整弁の開度を調整できる。したがって、空気調和装置の運転条件や運転状況等に関わらず、確実にガス冷媒をバイパスさせることができ、室外熱交換器へのガス冷媒の混入を抑制できる。

以下に、本発明の第１の実施形態である空気調和装置について添付した図面を参照にしながら説明する。
本実施形態における空気調和装置１０は、図１に示すように、室内機４０と室外機２０とから構成されている。これら室外機２０と室内機４０は、ガス配管１１と液配管１２とで接続されており、これらガス配管１１と液配管１２には、室外機２０と室内機４０とを切り離しできるように開閉弁１３、１４がそれぞれ設けられている。
室内機４０は、室内熱交換器４１を備えており、この室内熱交換器４１の一方の流入出口にガス配管１１が接続され、他方の流入出口には液配管１２が接続されている。

室外機２０は、室外熱交換器２１と冷媒を圧縮する圧縮機２２とを有し、圧縮機２２の吐出口に接続された吐出配管２３は、四方弁２４の第１のポート２４Ａに接続されている。四方弁２４は、第１のポート２４Ａと第２のポート２４Ｂとが接続されたときに第３のポート２４Ｃと第４のポート２４Ｄとが接続され、第１のポート２４Ａと第４のポート２４Ｄとが接続されたときに第２のポート２４Ｂと第３のポート２４Ｃとが接続されるように構成されている。

四方弁２４の第２のポート２４Ｂには前記ガス配管１１が接続されている。第３のポート２４Ｃには、圧縮機２２の吸入口へと接続される吸入配管２５が接続されている。第４のポート２４Ｄには、室外熱交換器２１の一方の流入出口に接続される接続配管２６が接続されている。

室内熱交換器４１の他方の流入出口から延びる液配管１２は、開閉弁１４及び膨張弁２７を介して気液分離器２８に接続されている。気液分離器２８には、飽和ガス冷媒を流出させるガスバイパス配管２９と、飽和液冷媒を流出させる液冷媒配管３０とが接続されている。液冷媒配管３０は室外熱交換器２１の他方の流入出口に接続され、ガスバイパス配管２９は吸入配管２５へと接続されている。

そして、液冷媒配管３０には、気液分離器２８の液出口部分と室外熱交換器２１の一方の流入出口部分との圧力差を測定する圧力差センサ３１が設けられている。なお、この圧力差センサ３１はダイヤフラム３１Ａを有していて、前記圧力差によってダイヤフラム３１Ａを直接変位させるものである。
また、ガスバイパス配管２９には、このガスバイパス配管２９の流量を調整するための流量調整弁３２が設けられている。この流量調整弁３２は、図２のブロック図に示すように、流量調整弁制御部３３によって開度を調整するように構成されている。

流量調整弁制御部３３は、圧力差センサ３１からの信号を受けて、気液分離器２８の液出口部分と室外熱交換器２１の一方の流入出口部分の圧力差を算出する圧力差算出部３４と、流量調整弁３２の開度の変化及び圧力差の変動を記憶する記憶部３５と、圧力差に応じて流量調整弁３２の開度を調整する開度調整部３６とを備えている。

この空気調和装置１０で暖房運転するときには、四方弁２４の第１のポート２４Ａと第２のポート２４Ｂとを接続し、第３のポート２４Ｃと第４のポート２４Ｄとを接続する。圧縮機２２から吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管２３から四方弁２４を通って室内機４０の室内熱交換器４１に流入する。室内熱交換器４１は、凝縮器として機能し、室内熱交換器４１内を通過する冷媒と熱交換することで室内が暖められる。

室内熱交換器４１での熱交換によって形成される液冷媒は、液配管１２を通じて室外機２０へと戻り、膨張弁２７を介して気液分離器２８へと流入する。気液分離器２８では流れ込んできた冷媒を飽和ガス冷媒と飽和液冷媒とに分離する。
分離された飽和液冷媒は、液冷媒配管３０を通じて室外熱交換器２１へと流入する。室外熱交換器２１は、蒸発器として機能し、飽和液冷媒が熱交換によって蒸発してガス冷媒として流出される。このガス冷媒は、接続配管２６から四方弁２４を通って吸入配管２５へと流入する。
一方、気液分離器２８で分離された飽和ガス冷媒は、ガスバイパス配管２９を通じて吸入配管２５へと流入し、圧縮機２２へと吸入される。なお、ガスバイパス配管２９を流通する飽和ガス冷媒量は流量調整弁３２によって調整されている。

次に、流量調整弁３２の開度制御方法について説明する。
気液分離器２８から分離された飽和液冷媒が液冷媒配管３０内に充満されている場合には、液冷媒配管３０の気液分離器２８の液出口部分と室外熱交換器２１の一方の流入出口部分との圧力差は、配管抵抗分のみである。液冷媒配管３０内にガス冷媒が混入した場合には、圧力損失が増加して室外熱交換器２１の一方の流入出口部分の圧力が低下し、圧力差が大きくなる。そこで、圧力差算出部３４によって圧力差が大きくなったことを検知したときには、流量調整弁３２の開度を大きくしてガス冷媒をガスバイパス配管２９へと流出させる。

ここで、液冷媒配管３０が飽和液冷媒で充満されている場合には圧力差が一定となるために、図３に示すように、流量調整弁３２が開き過ぎた場合でも圧力差は一定のままとなる。流量調整弁３２を開き過ぎた状態においてガスバイパス配管２９での圧損が小さくなり過ぎると、気液分離器２８よりガスバイパス配管２９に液冷媒が流入してそのまま圧縮機２２の吸入口へと流入する、いわゆる液バックが生じ、圧縮機２２の信頼性を低下させることになる。
そこで、本実施形態では、圧力差が一定となる最小開度を流量調整弁３２の目標開度として開度調整を行っている。

図４に示すように、圧力差が大きくなってガス冷媒の混入が検知された場合には、圧力差が所定の値となるように流量調整弁３２の開度を大きくする。次に、流量調整弁３２の開度を意図的に小さくするように操作し、前記圧力差を変動させる。このときの流量調整弁３２の操作量、操作時間及び圧力差の変動を記憶部３５で記憶しておき、これらのデータを元に流量調整弁３２の開度を決定して開度調整を行う。これらの動作を繰り返し行うことで、図４に示すように、流量調整弁３２の開度を目標開度へと収束させていく。なお、空気調和装置１０の運転条件や運転状況によって気液分離器２８でのガス冷媒の発生量は変動し、流量調整弁３２の目標開度も変動することになる。

この構成の空気調和装置１０によれば、気液分離器２８によって分離された飽和ガス冷媒を室外熱交換器２１へと流入させずに圧縮機２２の吸入配管２５へとバイパスさせるガスバイパス配管２９が備えられ、このガスバイパス配管２９に設けられた流量調整弁３２の開度が、気液分離器２８によって分離された飽和液冷媒を室外熱交換器２１へと流入させる液冷媒配管３０の気液分離器２８の液出口部分と室外熱交換器２１の一方の流入出口部分との圧力差によって制御される構成とされているので、空気調和装置１０の運転条件や運転状況に左右されることなく、気液分離器２８で分離された飽和ガス冷媒を確実にバイパスさせることができる。

また、液冷媒配管３０の気液分離器２８の液出口部分と室外熱交換器２１の一方の流入出口部分との圧力差を検出する圧力差センサ３１は、圧力差によって直接変位させられるダイヤフラム３１Ａを備えているので、非常に小さな圧力差であっても確実に検出することができる。

さらに、流量調整弁３２の開度調整を、流量調整弁３２の開度を小さくするように操作し、その際の圧力差の変動、操作量及び操作時間を記憶部３５で記憶し、これら操作量、操作時間及び圧力差の変動のデータを元に流量調整弁３２の開度を目標開度となるように制御しているので、流量調整弁３２が大きく開きすぎることを防止でき、ガスバイパス配管２９への液冷媒の混入を防止できる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第２の実施形態においては、流量調整弁５０の構成が第１の実施形態と異なる。
流量調整弁５０は、図５に示すように、開度を調整するゲート部５１と、このゲート部５１を作動させる駆動部５２とを備えている。

駆動部５２は、ダイヤフラム５３によって仕切られた第１空間５４と第２空間５５とを備えており、第１空間５４は液冷媒配管３０の室外熱交換器２１の一方の流入口側に接続され、第２空間５５は気液分離器２８の液出口側に接続されている。第１空間５４には、ダイヤフラム５３の変位量を調整するバネ５６が設けられている。また、ダイヤフラム５３には、前記ゲート部５１が接続されている。

ガス冷媒が液冷媒配管３０内に混入して液冷媒配管３０の室外熱交換器２１の一方の流入口と気液分離器２８の液出口との圧力差が大きくなったときには、ダイヤフラム５３が第１空間５４側へと膨出するように変位し、ゲート部５１がダイヤフラム５３とともに変位して流量調整弁５０の開度が大きくなる。一方、液冷媒配管３０内が液冷媒で充満されて圧力差が小さくなると、ダイヤフラム５３が元に戻り流量調整弁５０の開度が小さくなる。

この構成の空気調和装置１０によれば、圧力差によって流量調整弁５０を直接駆動させているので、空気調和装置１０の構成を簡単にすることができる。すなわち、この実施形態では、流量調整弁５０に、圧力差の検出手段とこの圧力差に応じて開度を調整する制御手段とが備えられているのである。

以上、本発明の実施形態である空気調和装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１の実施形態において、圧力差センサを設けたものとして説明したが、これに限定されることはなく、液冷媒配管の気液分離器の液出口部分と室外熱交換器の一方の流入出口部分とにそれぞれ圧力センサを設けて圧力差を検出してもよい。ただし、本実施形態のような構成とすることで、圧力センサの測定誤差等の影響を排除して精度良く圧力差を検出できるので好ましい。

また、液冷媒配管の気液分離器の液出口部分と室外熱交換器の一方の流入出口部分とにそれぞれ温度センサを設けてもよい。温度センサの検知温度から飽和圧力を求めることで検知箇所の圧力を算出して圧力差を検出することができる。

本発明の第１の実施形態である空気調和装置の概略構成を示す図である。図１に示す空気調和装置に備えられた流量調整弁の制御ブロック図である。流量調整弁の開度と圧力差との関係を示したグラフである。流量調整弁の開度調整方法を示すグラフである。本発明の第１の実施形態である空気調和装置に備えられた流量調整弁の概略図である。

符号の説明

１０空気調和装置
２１室外熱交換器
２２圧縮機
２７膨張弁
２８気液分離器
２９ガスバイパス配管（ガスバイパス回路）
３０液冷媒配管（液冷媒回路）
３１圧力差センサ（検出手段）
３１Ａダイヤフラム
３２、５０流量調整弁
３３流量調整弁制御部（制御手段）
５３ダイヤフラム

Claims

膨張弁と室外熱交換器との間に設けた気液分離器により分離されたガス冷媒を、圧縮機吸入側へとバイパスするガスバイパス回路を備えた空気調和装置において、
前記ガスバイパス回路の流量を調整する流量調整弁と、
前記気液分離器により分離された液冷媒を前記室外熱交換器へと供給する液冷媒回路における前記気液分離器の液出口部分と前記室外熱交換器の液入口部分との圧力差を検出する検出手段と、
前記圧力差に応じて前記流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を備えたことを特徴とする空気調和装置。
前記検出手段は、前記気液分離器の液出口と前記室外熱交換器の液入口とにそれぞれ設けられた温度センサを有し、これら温度センサの検知温度の飽和圧力を検知箇所の圧力として算出して、前記圧力差を検出することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記検出手段は、前記圧力差によって変位させられるダイヤフラムを有し、前記制御手段は、前記ダイヤフラムの変位量に応じて前記流量調整弁の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記流量調整弁は、前記制御手段として、前記ダイヤフラムによって直接駆動される駆動部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
前記制御手段は、前記流量調整弁の開度を小さくするように操作して、前記圧力差の変動、操作量及び操作時間を記憶するとともに、これら操作量、操作時間及び前記圧力差の変動のデータを元に、前記流量調整弁の開度を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気調和装置。