JPH0319469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は空気調和機、冷蔵庫、冷凍装置等にお
ける冷凍サイクルに関する。

〔従来技術とその問題点〕

通常、空気調和機は最大負荷に近い負荷におい
て十分な空気調和を行ないうる能力を有するもの
が選定されるが、冷房期間を通してみると、最大
負荷となる外気温度を越える時間比率は僅かであ
り、大部分の時間はそれ以下の外気温度で運転さ
れる。第１図は室温を一定に保つ場合の外気温度
と冷房負荷の関係を示したもので、外気温度35℃
での冷房負荷をA₁、冷房期間の平均外気温度
（本例では29℃としている）における冷房負荷を
A₂とすると、A₂はA₁に比べ通常半分以下にな
り、A₁の能力を持つ空気調和機は冷房期間の大
半に亘つて過大な能力を有することになる。そこ
で、従来サーモスタツトにより室温を検知し、そ
の信号により圧縮機をON−OFF制御して室温が
低下しすぎないようにしている。第２図はこの従
来のものにおける室温と時間との関係を示したも
のである。第２図において、右下り線は冷房運転
中（圧縮機運転中）、右上り線は冷房停止中（圧
縮機停止中）を示す。線Ｄはサーモスタツトの設
定値27℃、サーモデイフアレンシヤル４deg℃の
場合を示す。この場合は室温が25℃まで下つた時
点で圧縮機を停止し、ついで冷房負荷により室温
は上昇し29℃に達した時点で再び冷房運転を再開
する。線Ｅはサーモスタツトの設定値が27℃でサ
ーモデイフアレンシヤルを１℃にした場合を示
す。この場合は室温は26.5℃と27.5℃の間を往復
するが、圧縮機の発停回数は線Ｄの場合の４倍に
なる。

快適な温度範囲はほぼ18℃〜28℃の間にあると
されているので線Ｄは不快なゾーン（図の斜線
部）を有することとなるので、多くの場合サーモ
スタツトの設定値が例えば26℃に下げられる。第
３図に一定外気温度下での室温に対する冷房負荷
との関係が示されているが、サーモスタツトの設
定値が27℃から26℃に変更されると冷房負荷は線
Ｂから線Ｃへと増加しその分だけ圧縮機運転時間
比率が増大する。第２図の線Ｆはサーモスタツト
の設定値が26℃、サーモデイフアレンシヤル
4deg℃の場合を示し、線Ｆの場合は線Ｄに比し
て運転時間が延長し、空調機の消費エネルギーは
増加する。

以上のように、快適かつ省エネルギー運転を行
なうためにはサーモデイフアレンシヤルを小さく
することが大切である。

サーモデイフアレンシヤルを小さくする場合、
次の２つの重要な障害がある。その１は圧縮機の
再起動の問題である。即ち、圧縮機を停止した直
後はその吐出管は高圧に、吸入管は低圧になつて
おり、圧縮機停止後、冷媒回路中の絞り管部等を
冷媒が高圧側から低圧側に流入することで均圧さ
れる。ところがサーモデイフアレンシヤルを小さ
くすれば発停間隔が短くなるため、通常所定時間
（約３分）以内に、圧縮機の吐出側と吸入側は確
実に均圧されることが必要である。もし均圧され
ないと、圧縮機は差圧に抗して起動することにな
り、起動不良をおこし、再起動に失敗することが
ある。

その２は圧縮機の発停にともなう熱損失の問題
である。第４図は空気調和機の冷媒回路の１例を
示したものであるが、冷房時は、実線矢印の如く
圧縮機１を出た高温高圧ガス状の冷媒は四方切換
弁２を通り、室外熱交換器３で、凝縮して高温・
高圧の液となり、絞り４を通る際に減圧されて低
温低圧の液になり、室内熱交換器５に入つてここ
で蒸発する。この蒸発熱で室内空気を冷却して冷
房を行なう。さらに室内熱交換器５で蒸発、気化
した冷媒はアキユムレータ６を経て、再び圧縮機
１に吸込まれる。

暖房時、冷媒は点線矢印のように流れる。今、
この冷房運転の途中に圧縮機１が停止されるとす
る。絞り４及び圧縮機１を境界として室内熱交換
器５を含む低温・低圧側と室外熱交換器３を含む
高温・高圧側の２つの状態になつているので、絞
り４を通つて高圧側の冷媒は低圧側へ流入する。
このため低圧側の圧力及び温度は上昇し高圧側の
圧力・温度は降下していく。この冷媒の移動は、
高圧側と低圧側とが圧力的にバランスに到るま
で、継続される。

しかしながら、上記従来の空気調和機は、以上
のような過程を経た後、次のような損失が生ずる
ことが明らかになつた。すなわち、冷凍サイクル
に封入された冷媒は、大半が液冷媒としてサイク
ル中に存在しており、定常運転時には大半が凝縮
器（冷房時は室外熱交換器３）に片寄つて存在し
ており、特に凝縮器の中央から絞り４に到る管路
内に液冷媒として存在している。圧縮機１の停止
時には、凝縮器（冷房時は室外熱交換器３）内の
液冷媒が絞り４を通つて蒸発器（冷房時は室内熱
交換器５）側に流れるために、蒸発器に大半の液
冷媒が片寄つて存在することになる。このような
冷媒分布状態で、圧縮機１を再起動した場合に、
蒸発器の大半の液冷媒は、アキユムレータ６に流
れこむと共に、凝縮器内には十分な液冷媒が存在
しないため、蒸発器に絞り４を通つて供給される
冷媒は極めて少なくなる。この結果として蒸発器
には蒸発すべき液冷媒が存在せず、圧縮機１を起
動しても、なかなか吹出空気の温度が下がらず冷
風が吹き出すまでに２〜３分を要し、立上りの悪
い空調機となつていた。

このような従来例にて、冷房運転で圧縮機１が
再起動した時の空調機の吸込温度、吹出温度、蒸
発器中央部の温度の変化の実験例を第５図に示
す。同図中Ｇは空調機の吸込空気温度、Ｈは空調
機の吹出空気温度、Ｉは蒸発器（室内熱交換器
５）の中央部の温度を示す。圧縮機１が再起動す
ると、蒸発器内の圧力は低下するため、蒸発器の
温度はいつたん低下するが、凝縮器から液冷媒が
絞り４を通じて供給されないため、逆に吸込空気
で加熱されて上昇し、その後低下していく現象を
示している。このため吹出温度Ｈはなかなか低下
せず、冷風が定常的に吹出すまでに２〜３分を要
する結果を示している。

以上の熱損失は、圧縮機の発停回数が増加する
とともに増加し、空気調和機の年間エネルギー効
率を大きく低下させる原因となつている。以上は
暖房時でも冷媒の流れが異なり、温度・圧力の高
低が逆になるが同様である。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、冷
媒が圧縮機、凝縮器、絞り、蒸発器をこの順に循
環する冷媒回路を具えた冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機の吐出管中に気液分離器を設け、同気
液分離器の上部と圧縮機の吸入管との間に圧縮機
の起動時に閉じ、停止時に開く弁を有する均圧管
を設けると共に、前記凝縮器から絞りを経て蒸発
器に到る管路に圧縮機の起動時に開き、停止時に
閉じる弁を設けたことを要旨とし、熱損失を低減
すると共に、圧縮機再起動時における圧縮機吐出
管と吸入管との間の差圧の発生を確実に阻止し得
る冷凍サイクルを提供することを目的とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細を第６図に示す実施例を参照
して説明する。第６図において、１１は圧縮機、
１２は四方切換弁、１３は室外側熱交換器、１４
は絞り、１５は室内側熱交換器、１６はアキユム
レータ、１７は圧縮機１１の吐出管、１８は気液
分離器、１９は圧縮機１１の吐出側と吸入側を連
結する均圧管、２０は均圧管１９の途中に設けら
れた開閉弁で圧縮機１１が運転中は閉じ、停止中
は開いている。また、２１は圧縮機１１の吸入
管、２２は開閉弁である。この開閉弁２２は、圧
縮機１１が運転中は開き、停止中は閉じている。

しかして、本発明では、凝縮器と蒸発器の間の
絞りを含んだ冷媒回路の途中に開閉弁２２を設
け、圧縮機１１の停止と同時に開閉弁２２を閉じ
て液冷媒が蒸発器に流れ込まない様にしている。
また、圧縮機１１の停止時に、圧縮機１１の吐出
管１７を吸入管２１に均圧にしておくために、吐
出管１７と吸入管２１を連結する均圧管１９を設
け、ここに開閉弁２０を設置して圧縮機１１の運
転中は閉じ、停止中は開く様にしている。さら
に、上記均圧管１９を通じて凝縮器の液冷媒が蒸
発器側に流れ込まない様に均圧管１９の上流に気
液分離器１８を設け、均圧管１９には冷媒ガスの
みが流れる様にしている。

次に上記実施例の動作について説明する。冷房
時は、実線矢印の如く、圧縮機１１を出た高温・
高圧のガス状冷媒は、吐出管１７、気液分離器１
８、四方弁１２を通り、室外側熱交換器１３で凝
縮して、高温高圧の液となる。この高温高圧の液
は、絞り１４を通る際に減圧され、低温低圧の液
になり、室内側熱交換器１５に入つてここで蒸発
する。この蒸発熱で室内空気を冷却して冷房を行
う。さらに室内側熱交換器１５で蒸発、気化した
冷媒は、四方弁１２、配管２１、アキユムレータ
１６を経て、再び圧縮機１１に吸込まれる。この
時に開閉弁２２は開いており、凝縮器（室外側熱
交換器）１３から蒸発器（室内側熱交換器）１５
への冷媒は正常に流れる。又開閉弁２０は閉じて
おり、従つて均圧管１９を流れる冷媒は無い。

今、この冷房運転中に、圧縮機１１が停止され
たとすると、開閉弁２２は閉じられ、開閉弁２０
は開く。これにより、圧縮機１１の停止中に、絞
り１４を介して高温高圧の液冷媒が凝縮器１３か
ら蒸発器１５に流れ込むのが阻止される。さらに
気液分離器１８の作用により、均圧管１９には高
圧のガスのみが流れ、圧縮機１１の吐出管１７と
吸入管２１の両者は均圧される。この様に、圧縮
機１１の停止中には、ガス状冷媒で均圧するの
で、凝縮器１３内には、依然として多量の液冷媒
が残つている。

次に圧縮機１１を再起動したとすれば、圧縮機
１１の吐出管１７と吸入管２１は、停止中に均圧
管１９により、均圧されているため、確実に起動
できる。圧縮機１１の起動と同時に開閉弁２０は
閉じられ、２２は開く。凝縮器１３内の液冷媒
は、圧縮機１１の起動に伴つて、絞り１４を経て
蒸発器１５に供給され、ここで蒸発する。このた
め圧縮機１１の起動直後でも、蒸発器１５に冷媒
が供給され、冷風が早く吹き出される。

以上は、冷房運転について説明したが、暖房時
は冷媒の流れが点線矢印の如くなり、凝縮器とし
て室内側熱交換器１５、蒸発器として室外側熱交
換器１３が作動するが、その他の作用は冷房時と
同一である。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明では、凝縮器出口から絞り
１４を経て蒸発器に到る管路に開閉弁２２を設
け、凝縮器からの液冷媒の移動を阻止し、また、
高圧ガス状の冷媒の存在する圧縮機１１の吐出管
１７に気液分離器１８を設け、同気液分離器の上
部と圧縮機の吸入管２１との間に弁２０を有する
均圧管１９を設けて均圧を行ない、高圧側から低
圧側への冷媒の移動は、ガス状冷媒になる様にし
たので、凝縮器内に残る液冷媒を増加することが
できる。このため圧縮機１１を再起動しても凝縮
器から蒸発器へ多くの液冷媒が、絞り１４を介し
て供給され、立上り性能を良好にすることができ
る。これにより、圧縮機１１の発停回数が増大し
ても、年間エネルギー効率の良い空調機の実現が
可能になつた。

なお、上記実施例では、空気調和機に実施した
場合について示したが、その他、例えば冷蔵庫、
冷凍装置等においても同様にして実施し得るもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第５図は従来におけ
る空気調和機の動作特性を示す図、第４図は従来
の空気調和機の冷媒回路を示す図、第６図は本発
明の一実施例を示す冷媒回路図である。 １１……圧縮機、１２……四方切換弁、１３…
…室外側熱交換器、１４……絞り、１５……室内
側熱交換器、１６……アキユムレータ、１７……
圧縮機吐出管、１８……気液分離器、１９……均
圧管、２０，２２……開閉弁、２１……圧縮機吸
入管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒が圧縮機、凝縮器、絞り、蒸発器をこの
   順に循環する冷媒回路を具えた冷凍サイクルにお
   いて、前記圧縮機の吐出管中に気液分離器を設
   け、同気液分離器の上部と圧縮機の吸入管との間
   に圧縮機の起動時に閉じ、停止時に開く弁を有す
   る均圧管を設けると共に、前記凝縮器から絞りを
   経て蒸発器に到る管路に圧縮機の起動時に開き、
   停止時に閉じる弁を設けたことを特徴とする冷凍
   サイクル。