JPH08145483A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 封入組成と循環組成がほぼ一致した非共沸混
合冷媒を用いても不都合の無い空気調和機を提供するこ
と。 【構成】 圧縮機1、室外熱交換器3、室外膨張弁6、室
外ファン4等からなる室外機8と、室内熱交換器9、室内
膨張弁10、室内ファン11等からなる複数台の室内機12を
配管接続し、室外膨張弁6と室内膨張弁10の間に冷媒貯
留器5を設け、室外膨張弁6からの配管と室内膨張弁10か
らの配管がそれぞれ冷媒貯留器5内の底部付近にまで突
出するように接続され、非共沸混合冷媒を封入したこと
を特徴とする空気調和機である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機に関するも
のであり、特に冷媒として非共沸混合冷媒を用いた空気
調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数台の室内機を備えた空気
調和機として図２に示すようなものがある。図２におい
て、１は圧縮機、２は冷房運転、暖房運転の切換を行う
四方弁、３は室外熱交換器、４は室外ファン、５は冷媒
貯留器、６は室外膨張弁、７はアキュムレータであり、
これらで室外機８を構成している。また９ａ、９ｂは室
内熱交換器、１０ａ、１０ｂは室内膨張弁、１１ａ、１
１ｂは室内ファンであり、これらで室内機１２ａ、１２
ｂを構成している。室内機１２ａ、１２ｂで冷房を行う
場合には、四方弁２を図２中の実線のように切り換えて
室外熱交換器３を凝縮器として、室内熱交換器９ａ、９
ｂを蒸発器として作用させる。また室内機１２ａ、１２
ｂで暖房を行う場合には、四方弁２を図２中の破線のよ
うに切り換えて室外熱交換器３を蒸発器として、室内熱
交換器９ａ、９ｂを凝縮器として作用させる。なお冷媒
として一般には単一冷媒であるＨＣＦＣ２２が用いられ
ている。

【０００３】ここで、室外熱交換器３のみが凝縮器とし
て作用する冷房運転時には、複数の室内熱交換器（本実
施例では９ａ、９ｂの２台）が凝縮器として作用する暖
房運転時に比べて冷媒過充填となり、吐出圧力異常上昇
等の不具合を生じるが、これを回避するために、冷房運
転時に凝縮器として作用する室外熱交換器３で液化され
た冷媒を冷媒貯留器５内に液状態で貯留することができ
るように、冷媒貯留器５は、冷房運転時には液冷媒が底
部から入って頂部から出るように、また暖房運転時には
室外膨張弁６で減圧されて２相状態となった冷媒が頂部
から入って底部から出るように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、地球環
境保護の観点から成層圏オゾン層を破壊するとしてＨＣ
ＦＣ２２の全廃が決定し、その代替冷媒として非共沸混
合冷媒が有力視されている。この非共沸混合冷媒では、
２相状態での液相と気相では組成が異なるため、上述し
た従来の構成の空気調和機に非共沸混合冷媒を適用した
場合には、次のような課題がある。

【０００５】まず冷房運転時には、外気温度が高い時な
ど室外熱交換器３で冷媒の過冷却が確保できにくい状態
になると、冷媒貯留器５には２相状態の冷媒が底部から
流入するが、頂部からは気相冷媒のみが流出していく。
したがって冷媒貯留器５では蒸留作用が起こり、冷媒貯
留器５内には高沸点成分が多く含まれた非共沸混合冷媒
が貯留し、冷凍サイクル内には低沸点成分が多く含まれ
た冷媒が循環する。このように冷凍サイクル内を循環す
る冷媒組成は、あらかじめ設定された封入組成と異なる
ため、各熱交換器出口での冷媒過熱度や過冷却度あるい
は圧縮機１吸入部での冷媒過熱度の検知が困難となり、
また冷媒組成変化による効率低下、吐出温度上昇等の不
具合や、冷媒過多状態での運転による効率低下や、吐出
圧力上昇などによる圧縮機負荷の異常増大といった問題
も発生する。

【０００６】また暖房運転時には、室内熱交換器９ａ、
９ｂは凝縮器として作用するが、室内機運転台数や暖房
負荷によって冷凍サイクル内の冷媒量が過多となるとき
があり、従来の構成では冷媒貯留器５での貯留量を制御
することはできず、余剰冷媒はアキュムレータ７で貯留
される。しかしアキュムレータ７は圧縮機１に液冷媒が
吸入されないようにアキュムレータ７内の上部の気相冷
媒のみを流出させる構成であるので、冷房運転時の冷媒
貯留器５と同様に蒸留作用が起こり、アキュムレータ７
内には高沸点成分が多く含まれた非共沸混合冷媒が貯留
し、冷凍サイクル内には低沸点成分が多く含まれた冷媒
が循環する。このように冷凍サイクル内を循環する冷媒
組成は、あらかじめ設定された封入組成と異なるため、
各熱交換器出口での冷媒過熱度や過冷却度あるいは圧縮
機１吸入部での冷媒過熱度の検知が困難となり、また凝
縮器として作用する室内熱交換器９ａ、９ｂ内の飽和温
度変化などによる能力不足や効率低下、吐出温度上昇等
の不具合も発生する。

【０００７】本発明は、従来の空気調和機のこのような
課題を考慮し、余剰冷媒が存在するときにも冷凍サイク
ル内を循環する非共沸混合冷媒組成が封入組成と異なる
ことを防止し、冷凍サイクル内を循環する冷媒量を適正
化して不具合を解消し、オゾン層を破壊しない非共沸混
合冷媒を用いた空気調和機を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達す
るため、圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、室外ファ
ン等からなる室外機と、室内熱交換器、室内膨張弁、室
内ファン等からなる複数台の室内機を配管接続し、室外
膨張弁と室内膨張弁の間に冷媒貯留器を設け、室外膨張
弁からの配管と室内膨張弁からの配管をそれぞれ冷媒貯
留器内の底部付近まで突出するように接続し、非共沸混
合冷媒を封入したことを特徴とするものである。

【０００９】さらに本発明は、圧縮機の吸入部での冷媒
の過熱度を検知する過熱度検知器と、冷房時には室外熱
交換器出口あるいは暖房時には室内熱交換器出口での冷
媒の過冷却度を検知する過冷却度検知器と、過熱度検知
器によって検知された過熱度が適正な範囲内となるよう
に冷房時には室内膨張弁あるいは暖房時には室外膨張弁
を操作する過熱度制御器と、過冷却度検知器によって検
知された過冷却度が適正な範囲内となるように冷房時に
は室外膨張弁あるいは暖房時には室内膨張弁を操作する
過冷却度制御器とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】上記構成の空気調和機では、冷媒貯留器の底部
に室外膨張弁からの配管と室内膨張弁からの配管をそれ
ぞれ冷媒貯留器内の底部付近まで突出するように接続し
たことにより、冷媒貯留器に流入する冷媒と流出する冷
媒はともにほとんどの場合は２相状態あるいは液冷媒と
なるので蒸留作用は起こらず、封入した非共沸混合冷媒
組成と実際に冷凍サイクル内を循環する非共沸混合冷媒
組成が異なることを防止でき、各熱交換器出口での冷媒
過熱度や過冷却度あるいは圧縮機吸入部での冷媒過熱度
の検知が容易となり、また冷媒組成変化による蒸発器あ
るいは凝縮器内の飽和温度変化などによる能力不足や効
率低下、吐出温度上昇等の不具合も解消できる。

【００１１】また、圧縮機吸入過熱度と凝縮器として作
用する熱交換器出口での過冷却度が適正な範囲内となる
ように室内膨張弁や室外膨張弁を操作することにより、
冷媒貯留器に流入あるいは流出する冷媒量を変化させ、
冷媒貯留量を調節することができ、非共沸混合冷媒を用
いた空気調和機においても、循環冷媒組成が封入組成と
異なることなく余剰冷媒を貯留して、冷媒過多状態での
運転による効率低下や、吐出圧力上昇などによる圧縮機
負荷の異常増大といった問題も解消できる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて説明する。

【００１３】図１は、本発明にかかる一実施例の空気調
和機の構成図である。図１において、１は圧縮機、２は
冷房運転、暖房運転の切換を行う四方弁、３は室外熱交
換器、４は室外ファン、５は冷媒貯留器、６は室外膨張
弁、７はアキュムレータであり、これらで室外機８を構
成している。また９ａ、９ｂは室内熱交換器、１０ａ、
１０ｂは室内膨張弁、１１ａ、１１ｂは室内ファンであ
り、これらで室内機１２ａ、１２ｂを構成している。こ
こで冷媒貯留器５は、室外膨張弁６からの配管と室内膨
張弁１０ａ、１０ｂからの配管がそれぞれ冷媒貯留器５
内の底部付近まで突出するように接続されている。

【００１４】また、１３は圧縮機吸入部での冷媒過熱度
を検知する過熱度検知器であり、たとえば冷媒の温度、
圧力を測定し、その圧力とあらかじめ設定された非共沸
混合冷媒の封入組成での飽和ガス温度相関式により飽和
ガス温度を計算して、測定された温度との差により過熱
度を決定する。また、１４は冷房時過冷却度検知器、１
５ａ、１５ｂは暖房時過冷却度検知器であり、たとえば
過熱度検知器１３と同様に冷媒の温度、圧力を測定し
て、その圧力とあらかじめ設定された非共沸混合冷媒の
封入組成での飽和液温度相関式により飽和液温度を計算
して、測定された温度との差により、冷房時には冷房時
過冷却度検知器１４あるいは暖房時には暖房時過冷却度
検知器１５ａ、１５ｂで過冷却度を決定する。また１６
は過熱度制御器であり、過熱度検知器１３で決定された
過熱度が適正な範囲内となるように、冷房時には室内膨
張弁１０ａ、１０ｂを、暖房時には室外膨張弁６を操作
する。さらに１７は過冷却度制御器であり、冷房時過冷
却度検知器１４あるいは暖房時過冷却度検知器１５ａ、
１５ｂで決定された過冷却度が適正な範囲内となるよう
に、冷房時には室外膨張弁６あるいは暖房時には室内膨
張弁１０ａ、１０ｂを操作する。

【００１５】次に、冷房運転時の動作について説明す
る。

【００１６】冷房運転時には、室外熱交換器３が凝縮
器、室内熱交換器９ａ、９ｂがともに蒸発器として作用
するように四方弁２を設定する。このとき圧縮機１で圧
縮されて高温高圧となったガス冷媒は四方弁２を経て室
外熱交換器３に導入され、室外の空気と熱交換して液冷
媒となる。そして室外膨張弁６、冷媒貯留器５を経て室
内膨張弁１０ａ、１０ｂで減圧されて低温低圧の２相冷
媒となり、室内熱交換器９ａ、９ｂで室内の空気と熱交
換して低温のガス冷媒となり、四方弁２、アキュムレー
タ７を経て再び圧縮機１で圧縮される。

【００１７】また、冷房運転時には室外熱交換器３のみ
を凝縮器として作用させるので、複数の室内熱交換器
（本実施例では９ａ、９ｂの２台）を凝縮器として作用
させる暖房運転時と比較して冷媒過多状態となり、凝縮
器として作用する室外熱交換器３出口での過冷却度が増
大するが、冷房時過冷却度検知器１４で過冷却度を検知
して、過冷却度制御器１７で過冷却度が適正な範囲内と
なるように室外膨張弁６を開方向に操作する。

【００１８】同時に冷媒過多状態となると室内熱交換器
９ａ、９ｂで冷媒は十分に蒸発しきれずに圧縮機１吸入
部あるいはアキュムレータ７入口側での過熱度は減少す
るが、過熱度検知器１３で過熱度を検知して、過熱度制
御器１６で過熱度が適正な範囲内となるように室内膨張
弁１０ａ、１０ｂを閉方向に操作する。すなわち、冷媒
貯留器５の入口側に接続された室外膨張弁６を開方向、
出口側に接続された室内膨張弁１０ａ、１０ｂを閉方向
に操作することにより、冷媒貯留器５に流入する冷媒が
増大し、かつ冷媒貯留器５から流出する冷媒が減少する
ことにより、冷媒の一部が冷媒貯留器５内に貯留され
る。

【００１９】このとき冷媒貯留器５の入口、出口となる
室外膨張弁６からの配管と室内膨張弁１０ａ、１０ｂか
らの配管がそれぞれ冷媒貯留器５内の底部にまで突出す
るように接続されているため、流入、流出する冷媒はと
もにほとんどの場合は液状態であるために蒸留作用は起
こらず、冷凍サイクル内を循環する冷媒と冷媒貯留器５
内に貯留される冷媒は同じ組成となり、すなわち封入組
成とほぼ一致するため、過熱度や過冷却度の検知も容易
となり、かつ冷媒組成変化による効率低下、吐出温度上
昇等の不具合も解消できる。さらに、過熱度検知器１３
で検知される過熱度と、冷房時過冷却度検知器１４で検
知される過冷却度がともに適正な範囲内となる（すなわ
ち冷凍サイクル内を循環する冷媒量が適正となる）まで
過熱度制御器１６あるいは過冷却度制御器１７で室内膨
張弁１０ａ、１０ｂあるいは室外膨張弁６を操作し続け
るので、余剰冷媒はすべて冷媒貯留器５に貯留されるこ
とができ、冷媒過多状態による効率低下や、吐出圧力上
昇などによる圧縮機負荷の異常増大といった問題も解消
できる。

【００２０】次に暖房時の動作について説明する。

【００２１】暖房運転時には、室外熱交換器３が蒸発
器、室内熱交換器９ａ、９ｂがともに凝縮器として作用
するように四方弁２を設定する。このとき圧縮機１で圧
縮されて高温高圧となったガス冷媒は四方弁２を経て室
内熱交換器９ａ、９ｂに導入され、室内の空気と熱交換
して液冷媒となる。そして室内膨張弁１０ａ、１０ｂ、
冷媒貯留器５を経て室外膨張弁６で減圧されて低温低圧
の２相冷媒となり、室外熱交換器３で室外の空気と熱交
換して低温のガス冷媒となり、四方弁２、アキュムレー
タ７を経て再び圧縮機１で圧縮される。

【００２２】また、暖房運転時には室内機運転台数や暖
房負荷によって冷凍サイクル内の冷媒量が過多となると
きがあり、凝縮器として作用する室内熱交換器９ａ、９
ｂ出口での過冷却度が増大するが、暖房時過冷却度検知
器１５ａ、１５ｂで過冷却度を検知して、過冷却度制御
器１７で過冷却度が適正な範囲内となるように室内膨張
弁１０ａ、１０ｂを開方向に操作する。

【００２３】同時に冷媒過多状態となると室外熱交換器
３で冷媒は十分に蒸発しきれずに圧縮機１吸入部あるい
はアキュムレータ７入口側での過熱度は減少するが、過
熱度検知器１３で過熱度を検知して、過熱度制御器１６
で過熱度が適正な範囲内となるように室外膨張弁６を閉
方向に操作する。すなわち、冷媒貯留器５の入口側に接
続された室内膨張弁１０ａ、１０ｂを開方向、出口側に
接続された室外膨張弁６を閉方向に操作することによ
り、冷媒貯留器５に流入する冷媒が増大し、かつ冷媒貯
留器５から流出する冷媒が減少することにより、冷媒の
一部が冷媒貯留器５内に貯留される。

【００２４】このとき冷媒貯留器５の入口、出口とも室
外膨張弁６からの配管と室内膨張弁１０ａ、１０ｂから
の配管がそれぞれ冷媒貯留器５内の底部付近まで突出す
るように接続されているため、流入、流出する冷媒はほ
とんどの場合に液状態あるいは２相状態であるために蒸
留作用は起こらず、冷凍サイクル内を循環する冷媒と冷
媒貯留器５内に貯留される冷媒は同じ組成となり、すな
わち封入組成とほぼ一致するため、過熱度や過冷却度の
検知も容易となり、かつ冷媒組成変化による凝縮器（室
内熱交換器９ａ、９ｂ）内の飽和温度変化などによる能
力不足や効率低下、吐出温度上昇等の不具合も解消でき
る。さらに、過熱度検知器１３で検知される過熱度と、
暖房時過冷却度検知器１５ａ、１５ｂで検知される過冷
却度がともに適正な範囲内となる（すなわち冷凍サイク
ル内を循環する冷媒量が適正となる）まで過熱度制御器
１６あるいは過冷却度制御器１７で室外膨張弁６あるい
は室内膨張弁１０ａ、１０ｂを操作し続けるので、余剰
冷媒はすべて冷媒貯留器５に貯留されることができ、冷
媒過多状態による効率低下や、吐出圧力上昇などによる
圧縮機負荷の異常増大といった問題も解消できる。

【００２５】なお、本実施例では二台の室内機が接続さ
れた空気調和機として説明したが、室内機の台数にこだ
わるものでなく、また室外機に室内機とともに例えば給
湯機などが接続された装置などについても本発明に含ま
れる。

【００２６】また、本実施例では圧縮機吸入部での冷媒
の過熱度が適正な範囲内となるように室内膨張弁あるい
は室外膨張弁を操作するとしたが、蒸発器として作用す
る熱交換器出口の過熱度を用いても同様の結果が得られ
ることは明らかであり、本発明に含まれる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたことから明らかなように本発
明は、室外膨張弁と室内膨張弁の間に冷媒貯留器を設
け、室外膨張弁からの配管と室内膨張弁からの配管がそ
れぞれ冷媒貯留器内の底部付近にまで突出するように接
続して、非共沸混合冷媒を封入することにより、冷媒貯
留器内での蒸留作用の発生を防止して、冷凍サイクル内
を循環する冷媒と冷媒貯留器内に貯留される冷媒は同じ
組成となり、すなわち封入組成とほぼ一致するため、過
熱度や過冷却度の検知も容易となり、かつ冷媒組成変化
による熱交換器内の飽和温度変化などによる能力不足や
効率低下、吐出温度上昇等の不具合が解消できる。

【００２８】さらに本発明は、圧縮機の吸入部での冷媒
の過熱度と、冷房時には室外熱交換器出口あるいは暖房
時には室内熱交換器出口での冷媒の過冷却度を適正な範
囲内となるように、冷房時には室内膨張弁あるいは暖房
時には室外膨張弁を操作する過熱度制御器と、過冷却度
検知器によって検知された過冷却度が適正な範囲内とな
るように冷房時には室外膨張弁あるいは暖房時には室内
膨張弁を操作する過冷却度制御器を備えたことにより、
余剰冷媒が発生したときにもその余剰冷媒を冷媒貯留器
に貯留して、冷媒過多状態による効率低下や、吐出圧力
上昇などによる圧縮機負荷の異常増大といった問題も解
消できる。

【００２９】すなわちオゾン層を破壊しない非共沸混合
冷媒を用いた空気調和機を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例の空気調和機の構成
図。

【図２】従来の空気調和機の構成図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室外熱交換器 ４ 室外ファン ５ 冷媒貯留器 ６ 室外膨張弁 ７ アキュムレータ ８ 室外機 ９ａ、 ９ｂ 室内熱交換器 １０ａ、１０ｂ 室内膨張弁 １１ａ、１１ｂ 室内ファン １２ａ、１２ｂ 室内機 １３ 過熱度検知器 １４ 冷房時過冷却度検知器 １５ａ、１５ｂ 暖房時過冷却度検知器 １６ 過熱度制御器 １７ 過冷却度検知器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 雄二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、室
   外ファン等からなる室外機と、室内熱交換器、室内膨張
   弁、室内ファン等からなる、複数台の室内機とを配管接
   続し、前記室外膨張弁と前記室内膨張弁の間に冷媒貯留
   器を設け、前記室外膨張弁からの配管と前記室内膨張弁
   からの配管をそれぞれ前記冷媒貯留器内の底部付近まで
   突出するように接続し、非共沸混合冷媒を封入したこと
   を特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機の吸入部での冷媒の過熱度を検知
   する過熱度検知器と、冷房時には前記室外熱交換器出口
   あるいは暖房時には前記室内熱交換器出口での冷媒の過
   冷却度を検知する過冷却度検知器と、前記過熱度検知器
   によって検知された過熱度が適正な範囲内となるように
   冷房時には前記室内膨張弁あるいは暖房時には前記室外
   膨張弁を操作する過熱度制御器と、前記過冷却度検知器
   によって検知された過冷却度が適正な範囲内となるよう
   に冷房時には前記室外膨張弁あるいは暖房時には前記室
   内膨張弁を操作する過冷却度制御器とを備えたことを特
   徴とする請求項１記載の空気調和機。