JP3945949B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸点の高い冷媒と沸点の低い冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ヒートポンプ式空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器及びアキュムレータが順次接続されて、ループ状の冷媒回路を構成する。この空気調和装置では、四方弁を動作させることによって、冷房運転時に上述の順序で冷媒が循環されて、室内熱交換器が蒸発器となり、暖房運転時に上述と逆の順序で冷媒が流れて、室内熱交換器が凝縮器となる。
【０００３】
ところで、近年、オゾン層の破壊防止の観点から、空気調和装置の冷媒として、沸点の高い冷媒と沸点の低い冷媒とを混合したＲ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒が採用される傾向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような非共沸混合冷媒を用いた場合には、Ｒ２２等の単一冷媒の場合に比べて、蒸発器内で冷媒が蒸発しにくく、従って、この蒸発器内での冷媒圧力が低下してしまう。このため、空気調和装置の暖房運転時に、ＪＩＳの暖房運転標準条件においても、蒸発器として機能する室外熱交換器に着霜が生じ易くなる。
【０００５】
暖房運転時に室外熱交換器に着霜が発生し易くなると、除霜のための暖房運転停止時間が長くなって、暖房能力の低下を招くことになる。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、非共沸混合冷媒を採用しても、暖房運転時に室外熱交換器への着霜を抑制して、暖房能力を向上させることができる空気調和装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器及びアキュムレータが順次接続されてループ状の冷媒回路を構成し、この冷媒回路内に非共沸混合冷媒を充填させて、上記四方弁の動作によって冷房運転時と暖房運転時とで上記非共沸混合冷媒の流れを反転させるようにした空気調和装置において、暖房運転時に、上記非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒を上記アキュムレータ内に貯留し、沸点の低い冷媒を上記冷媒回路内で循環させるよう構成され、上記アキュムレータへの沸点の高い冷媒の貯留は、暖房運転の開始時には室温に基づき、上記運転開始から所定時間経過後には目標吐出冷媒温度に基づき、減圧機構としての膨張弁の弁開度を設定することにより実施されることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１に記載の発明には、次の作用がある。
【００１０】
暖房運転時に、非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒がアキュムレータ内に貯留され、沸点の低い冷媒が冷媒回路内を循環することから、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器内で冷媒が蒸発し易くなり、従って、この室外熱交換器内での冷媒圧力が上昇するので、この室外熱交換器において着霜が抑制される。このため、暖房運転時間に対する除霜運転時間の割合が小さくなる。また、暖房運転時に沸点の低い冷媒が冷媒回路内を循環することから、凝縮器として機能する室内熱交換器内での冷媒圧力が上昇して、この室内熱交換器による暖房能力が向上する。これらの結果、空気調和装置全体として、暖房運転時における暖房能力を向上させることができる。
【００１１】
また、暖房運転の際に、アキュムレータ内に沸点の高い冷媒を積極的に貯留させることから、冷媒回路において、アキュムレータへの冷媒貯留を回避するために設置されるレシーバタンクが不要となり、併せて、このレシーバタンクの設置により必要とされた室外熱交換器近傍の減圧機構も廃止できる。これらの結果、冷媒回路を簡素化でき、コストを低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る空気調和装置の一実施の形態における冷媒回路を示す回路図である。
【００１４】
この図１に示すように、ヒートポンプ式空気調和装置１０は、室外機１１、室内機１２及び制御装置１３を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２の室内冷媒配管１５とが連結されている。
【００１５】
室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４に圧縮機１６が配設されるとともに、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側に四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９が配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。
【００１６】
一方、室内機１２は室内に設置され、室内冷媒配管１５に室内熱交換器２１が配設されるとともに、室内冷媒配管１５において室内熱交換器２１の近傍に、減圧機構としての膨張弁２２が配設されて構成される。上記室内熱交換器２１には、この室内熱交換器２１へ送風する室内ファン２３が隣接して配置されている。
【００１７】
室外冷媒配管１４と室内冷媒配管１５とが接続されることにより、アキュムレータ１７、圧縮機１６、四方弁１８、室外熱交換器１９、膨張弁２２及び室内熱交換器２１が順次接続され、この室内熱交換器２１に四方弁１８を介してアキュムレータ１７が接続されて、空気調和装置１０はループ状の冷媒回路９を構成する。
【００１８】
また、上記制御装置１３は、室外機１１及び室内機１２の運転を制御し、具体的には、室外機１１の圧縮機１６、四方弁１８及び室外ファン２０、並びに室内機１２の膨張弁２２及び室内ファン２３をそれぞれ制御する。
【００１９】
制御装置１３により四方弁１８が切り替えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１が蒸発器になって冷房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を冷房する。また、制御装置１３が四方弁１８を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１が凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、室内熱交換器２１が室内を暖房する。
【００２０】
又、制御装置１３は、冷房運転時及び暖房運転時に、膨張弁２２の弁開度、並びに室外ファン２０及び室内ファン２３の回転数を空調負荷に応じて制御する。更に、制御装置１３は、暖房運転時においては、膨張弁２２の開度を後述のごとく調節して吐出冷媒温度制御を実行する。
【００２１】
ここで、上記冷媒は、沸点の異なる複数の冷媒が混合されて構成された非共沸混合冷媒である。この非共沸混合冷媒としての例えばＲ４０７Ｃは、Ｒ１３４ａを５２Ｗｔ％、Ｒ１２５を２５Ｗｔ％、Ｒ３２を２３Ｗｔ％で混同した三種混合冷媒である。これらの各冷媒の沸点は、Ｒ１３４ａが−２６℃、Ｒ１２５が−４８℃、Ｒ３２が−５２℃である。従って、Ｒ１２５及びＲ３２は、比較的沸点が低いので蒸発し易く、Ｒ１３４ａは沸点が高いので蒸発しにくい。
【００２２】
上記制御装置１３は、暖房運転時に、次に述べる吐出冷媒温度制御を実行して、上述の非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒（Ｒ１３４ａ）をアキュムレータ１７内に貯留させ、沸点の低い冷媒（Ｒ１２５及びＲ３２）を冷媒回路９内で循環させて、この冷媒回路９内を循環する冷媒の組成を変化させる。
【００２３】
この吐出冷媒温度制御を実行する前提として、制御装置１３には、室温センサ２４により検出された、室内熱交換器２１への吸込空気温度（つまり室温）が入力される。また、制御装置１３には、吐出冷媒温度センサ２５にて検出された、圧縮機１６からの吐出冷媒温度（つまり実吐出冷媒温度）が入力される。更に、室外熱交換器１９における入口と出口の中間位置を流れる冷媒の温度（つまり室外熱交換器冷媒温度）が室外熱交換器温度センサ２６にて検出され、この室外熱交換器冷媒温度が制御装置１３に入力される。また、室内熱交換器２１における入口と出口の中間位置を流れる冷媒の温度（つまり室内熱交換器冷媒温度）が室内熱交換器温度センサ２７にて検出され、この室内熱交換器冷媒温度が制御装置１３に入力される。
【００２４】
制御装置１３は、暖房運転時において吐出冷媒温度制御として、図２に示すように、まず暖房運転開始後の数分間、室温センサ２４を用いて室温を検出し（Ｓ１）、膨張弁２２の弁開度を、室温センサ２４にて検出された室温により決定される固定開度に設定する（Ｓ２）。
【００２５】
この固定開度は、非共沸混合冷媒としてのＲ４０７Ｃのうち、沸点の高いＲ１３４ａをアキュムレータ１７内に貯留させるように決定された開度である。この結果、沸点が高く、蒸発しにくい冷媒（Ｒ１３４ａ）がアキュムレータ１７内に貯留され、沸点が低く、蒸発し易い冷媒（Ｒ１２５及びＲ３２）が冷媒回路９内を循環することになり、冷媒回路９内を循環する冷媒の組成が変化する。
【００２６】
制御装置１３に内蔵された運転タイマ（不図示）が、暖房運転開始後の上記数分間を検出すると（Ｓ３）、制御装置１３は、次に、吐出冷媒温度センサ２５にて検出された実吐出冷媒温度と目標吐出冷媒温度とを比較する（Ｓ４）。
【００２７】
この目標吐出冷媒温度は、室外熱交換器温度センサ２６、室内熱交換器温度センサ２７にてそれぞれ検出された室外熱交換器冷媒温度、室内熱交換器冷媒温度をパラメータとした算出式により決定されるものである。そして、この目標吐出冷媒温度は、アキュムレータ１７内にＲ１３４ａが継続して貯留されるように、例えば圧縮機１６の吸込過熱度ＳＨを−１ｄｅｇとするように設定される。
【００２８】
次に、制御装置１３は、ステップＳ４において、実吐出冷媒温度が目標吐出冷媒温度よりも低い場合には、膨張弁２２の弁開度を減少させて、冷媒回路９内を循環する冷媒量を減少させ（Ｓ５）、実吐出冷媒温度が目標吐出冷媒温度よりも高い場合には、膨張弁２２の弁開度を増大させて、冷媒回路９内を流れる冷媒量を増加させる（Ｓ６）。これにより、アキュムレータ１７内にＲ１３４ａが貯留され、冷媒回路９内にはＲ１２５及びＲ３２が循環する。
【００２９】
上述のような吐出冷媒温度制御により、冷媒回路９内を循環する冷媒は、Ｒ１２５及びＲ３２となって組成が変化しているので、Ｒ１３４ａを含んだＲ４０７Ｃ全体の場合、つまり組成変化前の場合に比べ、蒸発器として機能する室外熱交換器１９において冷媒が蒸発しやすくなり、従って、この室外熱交換器１９内での冷媒圧力が上昇して、この室外熱交換器１９における着霜が抑制される。と同時に、上述の組成変化後の冷媒によって、凝縮器として機能する室内熱交換器２１内における冷媒圧力も組成変化前に比べて上昇し、この室内熱交換器２１による室内の暖房能力が向上する。
【００３０】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果▲１▼及び▲２▼を奏する。
【００３１】
▲１▼暖房運転時に、非共沸混合冷媒（Ｒ４０７Ｃ）のうち、沸点の高い冷媒（Ｒ１３４ａ）がアキュムレータ１７内に貯留され、沸点の低い冷媒（Ｒ１２５及びＲ３２）が冷媒回路９内を循環することから、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器１９内で冷媒が蒸発し易くなり、従って、この室外熱交換器１９内での冷媒圧力が上昇するので、この室外熱交換器１９において着霜が抑制される。このため、暖房運転時間に対する除霜運転時間の割合が小さくなる。
【００３２】
また、暖房運転時に沸点の低い冷媒が冷媒回路９内を循環することから、凝縮器として機能する室内熱交換器２１内での冷媒圧力が上昇して、この室内熱交換器２１による暖房能力が向上する。
【００３３】
これらの結果、空気調和装置１０全体として、暖房運転時における暖房運転能力を向上させることができる。
【００３４】
▲２▼暖房運転の際に、アキュムレータ１７内に沸点の高い冷媒（Ｒ１３４ａ）を積極的に貯留させることから、冷媒回路９において、アキュムレータ１７への冷媒貯留を回避するために設置されるレシーバタンクが不要となり、併せて、このレシーバタンクの設置により必要とされた室外熱交換器１９近傍の減圧機構、例えば膨張弁も廃止できる。これらの結果、冷媒回路９を簡素化でき、空気調和装置１０のコストを低減できる。
【００３５】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３６】
例えば、上記実施の形態では、非共沸混合冷媒としてＲ４０７Ｃの場合を述べたが、Ｒ４１０Ａなど他の種類の非共沸混合冷媒にも本発明を適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る空気調和装置によれば、冷媒回路内に非共沸混合冷媒が循環する空気調和装置において、暖房運転時に、非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒をアキュムレータ内に貯留し、沸点の低い冷媒を冷媒回路内で循環させるよう構成されたことから、非共沸混合冷媒を採用しても、暖房運転時に室外熱交換器への着霜を抑制して暖房能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の一実施の形態における冷媒回路を示す回路図である。
【図２】図１の空気調和装置における暖房運転時の吐出冷媒温度制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
冷媒回路９
空気調和装置１０
制御装置１３
圧縮機１６
アキュムレータ１７
室外熱交換器１９
室内熱交換器２１
膨張弁２２（減圧機構）

Claims (1)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧機構、室内熱交換器及びアキュムレータが順次接続されてループ状の冷媒回路を構成し、
   この冷媒回路内に非共沸混合冷媒を充填させて、上記四方弁の動作によって冷房運転時と暖房運転時とで上記非共沸混合冷媒の流れを反転させるようにした空気調和装置において、
   暖房運転時に、上記非共沸混合冷媒のうち、沸点の高い冷媒を上記アキュムレータ内に貯留し、沸点の低い冷媒を上記冷媒回路内で循環させるよう構成され、
   上記アキュムレータへの沸点の高い冷媒の貯留は、暖房運転の開始時には室温に基づき、上記運転開始から所定時間経過後には目標吐出冷媒温度に基づき、減圧機構としての膨張弁の弁開度を設定することにより実施されること、を特徴とする空気調和装置。

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