JP5910263B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、空気調和装置において、容量制御機能付きのスクロール圧縮機を備え、容量制御運転を実施可能な構成としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、圧縮機の吐出口付近とアキュームレータの入口付近とを接続するバイパス通路を設け、このバイパス通路を通して高圧冷媒をアキュームレータの入口へバイパスするホットガスバイパス運転を行うことのできる冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１６７５０８号公報 特開昭６３−１７３５７号公報

容量制御運転とホットガスバイパス運転との双方を実行可能な空気調和装置の構成としては、次に説明する構成が考えられる。図７は、比較例の空気調和装置の冷媒回路を示す図である。図７に示す空気調和装置は、圧縮機１と、室外熱交換器２と、室内熱交換器３と、アキュームレータ４とを備える。この空気調和装置の基本となるサイクルは、圧縮機１→室外熱交換器２→室内熱交換器３→アキュームレータ４→圧縮機１の順に冷媒が循環する回路である。この空気調和装置は、更に、室外熱交換器２の入口の手前とアキュームレータ４の入口の手前との間を接続するホットガスバイパス回路を備え、このホットガスバイパス回路の途中には、ホットガスバイパス運転のＯＮ／ＯＦＦを制御するための電磁弁５ａ’が設置されている。また、圧縮機１の入口および出口から圧縮機１の中間部に繋がる回路は、容量制御用の回路であり、この容量制御用回路には、高圧冷媒制御用の電磁弁５ｂ’と、低圧冷媒制御用の電磁弁５ｃ’とが設置されている。

上述した比較例の空気調和装置では、ホットガスバイパス回路と容量制御用回路とをそれぞれ設ける必要があり、配管経路が複雑となる。また、空気調和装置内の空間は一般に狭いので、ホットガスバイパス回路および容量制御用回路の配管が大きなスペースを占有することにより、製造時の配管ロウ付作業が困難であるなどの問題もある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡素な配管構成で容量制御運転とホットガスバイパス運転とを実行でき、部品点数の削減、製造工程での作業性改善による信頼性の向上に寄与する冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、容量制御ポートを有し、容量制御ポートに作用する圧力に応じて容量を可変とする圧縮機と、圧縮機の吐出側の高圧冷媒の圧力を容量制御ポートに導く高圧冷媒通路と、圧縮機の吸入側の低圧冷媒の圧力を容量制御ポートに導く低圧冷媒通路と、高圧冷媒を高圧冷媒通路を通して容量制御ポートに導くことにより圧縮機を第１の能力で運転する状態と、低圧冷媒を低圧冷媒通路を通して容量制御ポートに導くことにより圧縮機を第２の能力で運転する状態と、高圧冷媒を高圧冷媒通路および低圧冷媒通路を通して圧縮機の吸入側に送るホットガスバイパス運転を行う状態とに切り替え可能な運転態様切替手段と、容量制御ポートへの流路を開閉可能な容量制御ポート開閉手段と、を備え、運転態様切替手段は、容量制御ポート開閉手段を閉じて容量制御ポートを低圧に保持することにより、圧縮機を第２の能力で運転してホットガスバイパス運転を行う状態に切り替え可能であるものである。

本発明によれば、容量制御回路とホットガスバイパス回路とを共通化することができるので、配管構成を簡素化でき、部品点数を削減し、コストを低減することができる。また、製造時の作業性が改善されることにより、信頼性をより向上することが可能となる。

本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置を適用した空気調和装置の冷媒回路を示す図である。 図１に示す空気調和装置の圧縮機周辺の構成を示す図である。 図１に示す空気調和装置におけるフルロード運転時の冷媒の流れ方向を示す図ある。 図１に示す空気調和装置における容量制御運転時の冷媒の流れ方向を示す図である。 図１に示す空気調和装置におけるホットガスバイパス運転時の冷媒の流れ方向を示す図である。 図１に示す空気調和装置における容量制御ホットガスバイパス運転時の冷媒の流れ方向を示す図である。 比較例の空気調和装置の冷媒回路を示す図である。

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。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置を適用した空気調和装置の冷媒回路を示す図である。図１に示すように、本実施形態の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、室外の空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器２と、室内の空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器３と、室内熱交換器３から圧縮機１に繋がる冷媒配管の途中に設けられたアキュームレータ４と、第１の電磁弁５ａ（第１の開閉手段）と、第２の電磁弁５ｂ（第２の開閉手段）と、第３の電磁弁５ｃ（容量制御ポート開閉手段）と、第１の電磁弁５ａ、第２の電磁弁５ｂおよび第３の電磁弁５ｃの開閉を制御する図示しない制御手段（運転態様切替手段）とを備えている。

圧縮機１は、容量制御ポート６を備えており、容量制御ポート６に作用する圧力に応じて容量を可変とするものである。圧縮機１の構成は公知であるため、図示を省略するが、圧縮機１内には、圧縮途中の冷媒の一部を吸入側にバイパスするバイパス弁が設けられている。容量制御ポート６に高圧が作用しているときには、その高圧によりバイパス弁が閉じられ、吸入された冷媒の全量が圧縮される。容量制御ポート６に低圧が作用しているときには、バイパス弁が開くことにより圧縮途中の冷媒の一部が吸入側にバイパスされることにより、圧縮冷媒が減少し、圧縮機１の容量が制御（制限）される。このような圧縮機１としては、例えば、可変容量スクロール圧縮機を好ましく用いることができる。

配管９ａは、アキュームレータ４の上流側（入口側）の冷媒配管から分岐して、第１の電磁弁５ａに接続されている。配管９ｂは、第１の電磁弁５ａと、Ｔ字型の配管継手である継手１０とを接続している。配管９ｃは、継手１０と第２の電磁弁５ｂとを接続している。配管９ｄは、圧縮機１の下流側（吐出口側）の冷媒配管から分岐して、第２の電磁弁５ｂに接続されている。配管９ｅは、継手１０と第３の電磁弁５ｃとを接続している。配管９ｆは、第３の電磁弁５ｃと圧縮機１の容量制御ポート６とを接続している。

図２は、図１に示す空気調和装置の圧縮機１周辺の構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態の空気調和装置は、筐体７を備えており、この筐体７の内部の空間８に、上述した圧縮機１、アキュームレータ４、第１の電磁弁５ａ、第２の電磁弁５ｂ、第３の電磁弁５ｃ、配管９ａ〜９ｆおよび継手１０が収納されている。

本実施形態の空気調和装置は、その運転態様を次の４つに切り替え可能になっている。１つ目は、フルロード運転である。フルロード運転は、容量制御を実施せず、圧縮機１の持つ１００％の能力（第１の能力）で運転を行うものである。２つ目は、容量制御運転である。容量制御運転は、圧縮機１が有する所定の容量制御用の能力（第２の能力）で運転を行うものである。３つ目は、ホットガスバイパス運転である。ホットガスバイパス運転は、圧縮機１の吐出側（下流側）の高圧冷媒（ホットガス）をアキュームレータ４の上流側にバイパスさせる運転である。４つ目は、容量制御ホットガスバイパス運転である。容量制御ホットガスバイパス運転は、圧縮機１を上記容量制御用の能力で運転し、且つ、圧縮機１の吐出側の高圧冷媒をアキュームレータ４の上流側にバイパスさせる運転である。

以下、各運転態様での動作方法を順次説明する。図３は、フルロード運転における冷媒の流れ方向を示す図である。図３に示すように、第１の電磁弁５ａを閉じ、第２の電磁弁５ｂおよび第３の電磁弁５ｃを開くことにより、フルロード運転を行うことができる。第２の電磁弁５ｂおよび第３の電磁弁５ｃが開かれることにより、圧縮機１の下流側の高圧冷媒が、配管９ｄ，９ｃ，９ｅおよび９ｆを通って圧縮機１の容量制御ポート６へ導かれる。これにより、圧縮機１内のバイパス弁が閉じられ、圧縮機１は１００％の能力で運転される。また、第１の電磁弁５ａが閉じられることにより、配管９ｂに流れてきた高圧冷媒が、低圧である圧縮機１の吸入側へ流れることが阻止される。上述したように、本実施形態では、配管９ｄ，９ｃ，９ｅおよび９ｆにより、高圧冷媒を容量制御ポート６へ導く高圧冷媒通路が構成される。なお、圧縮機１から吐出された冷媒は、室外熱交換器２→室内熱交換器３→アキュームレータ４→圧縮機１の順に循環するが、図３では図示を省略している（後述する図４乃至図６でも同様）。

次に、容量制御運転での動作方法を説明する。図４は、容量制御運転時の冷媒の流れ方向を示す図である。図４に示すように、第１の電磁弁５ａおよび第３の電磁弁５ｃを開き、第２の電磁弁５ｂを閉じることにより、容量制御運転を行うことができる。第１の電磁弁５ａおよび第３の電磁弁５ｃが開かれることにより、アキュームレータ４の上流側の低圧冷媒が、配管９ａ，９ｂ，９ｅおよび９ｆを通って圧縮機１の容量制御ポート６へ導かれる。また、第２の電磁弁５ｂが閉じられることにより、配管９ｄに流れてきた高圧冷媒が、低圧側の配管９ｃへ流れることが阻止される。これにより、容量制御ポート６が低圧となるので、圧縮機１内のバイパス弁が開き、圧縮機１が容量制御用の能力（部分負荷）で運転される。上述したように、本実施形態では、配管９ａ，９ｂ，９ｅおよび９ｆにより、低圧冷媒を容量制御ポート６へ導く低圧冷媒通路が構成される。なお、配管９ｅおよび９ｆは、高圧冷媒通路の一部と低圧冷媒通路の一部とを共通化した配管に相当する。

次に、ホットガスバイパス運転での動作方法を説明する。図５は、ホットガスバイパス運転時の冷媒の流れ方向を示す図である。図５に示すように、ホットガスバイパス運転では、第１の電磁弁５ａ、第２の電磁弁５ｂおよび第３の電磁弁５ｃがすべて開かれる。このホットガスバイパス運転では、圧縮機１の下流側の高圧冷媒が、配管９ｄ，９ｃ，９ｂおよび９ａを通って、低圧側であるアキュームレータ４の上流側に送られる。また、圧縮機１の下流側の高圧冷媒が配管９ｄ，９ｃ，９ｅおよび９ｆを通って圧縮機１の容量制御ポート６へ導かれることにより、圧縮機１内のバイパス弁が閉じられ、圧縮機１は１００％の能力で運転される。このようなホットガスバイパス運転を行うことにより、圧縮機１から吐出された冷媒の一部が室外熱交換器２および室内熱交換器３を通らずにアキュームレータ４の上流側にバイパスされ、室外熱交換器２および室内熱交換器３に循環する冷媒の量が減少するため、冷凍サイクルの能力を制御（抑制）することができる。また、ホットガスバイパス運転を行うことにより、低圧圧力（低圧冷媒の圧力）の低下を防止することができる。また、本実施形態では、ホットガスバイパス運転時に、高圧冷媒をアキュームレータ４の上流側に流入させることにより、圧縮機１の吐出温度の上昇を抑制することができる。

次に、容量制御ホットガスバイパス運転について説明するが、それに先立ち、図７に示す比較例の空気調和装置の場合について説明する。図７に示す比較例の空気調和装置では、容量制御回路とホットガスバイパス回路とが別々に構成されているため、電磁弁５ａ’を開くことによってホットガスバイパス運転を行いつつ、電磁弁５ｂ’を閉じて電磁弁５ｃ’を開くことにより容量制御運転を行うことができる。このようにして、容量制御運転とホットガスバイパス運転とを並行して実施することができる。

本実施形態の空気調和装置における容量制御ホットガスバイパス運転は、上述した比較例の空気調和装置で容量制御運転とホットガスバイパス運転とを並行して実施する場合に相当する運転態様である。図６は、容量制御ホットガスバイパス運転時の冷媒の流れ方向を示す図である。図６に示すように、容量制御ホットガスバイパス運転では、第１の電磁弁５ａおよび第２の電磁弁５ｂが開かれ、第３の電磁弁５ｃが閉じられる。第１の電磁弁５ａおよび第２の電磁弁５ｂが開かれることにより、圧縮機１の下流側の高圧冷媒が、配管９ｄ，９ｃ，９ｂおよび９ａを通って、アキュームレータ４の上流側にバイパスされる。圧縮機１の容量制御を行うためには、容量制御ポート６に作用する圧力、すなわち配管９ｆの圧力が低圧となっている必要がある。容量制御ホットガスバイパス運転では、第３の電磁弁５ｃが閉じられることにより、高圧冷媒の圧力は容量制御ポート６に伝達せず、配管９ｆの圧力すなわち容量制御ポート６の圧力は、容量制御ホットガスバイパス運転へ切り換える前の圧力状態に保持される。本実施形態において、容量制御ホットガスバイパス運転は、空気調和装置の起動時に圧縮機１を保護するためにのみ実施される。このため、容量制御ホットガスバイパス運転の開始前は空気調和装置が停止状態であり、配管９ｆの圧力すなわち容量制御ポート６の圧力は低圧となっている。したがって、空気調和装置の起動時は、第３の電磁弁５ｃを閉じることによって配管９ｆの圧力すなわち容量制御ポート６の圧力が低圧に保持されるので、第１の電磁弁５ａおよび第２の電磁弁５ｂを開くことにより、容量制御ホットガスバイパス運転を実施することが可能である。

なお、起動時以外に容量制御ホットガスバイパス運転を実施する場合には、容量制御ホットガスバイパス運転へ切り換える前に、上述した容量制御運転を数秒間程度実施して配管９ｆを低圧にした後、第３の電磁弁５ｃを閉じて第２の電磁弁５ｂを開くことにより、容量制御ホットガスバイパス運転へ切り換えるようにすればよい。これにより、配管９ｆの圧力すなわち容量制御ポート６の圧力が低圧に保持されるので、圧縮機１の容量制御を行いつつ、圧縮機１の吐出側の高圧冷媒をアキュームレータ４の上流側にバイパスさせることができる。

以上説明した本実施形態の空気調和装置によれば、容量制御回路とホットガスバイパス回路とを共通化することができ、容量制御回路用の配管とホットガスバイパス回路用の配管とを別々に設ける必要がないので、配管構成を簡素化でき、部品点数を削減し、コストを低減することができる。また、製造時に空気調和装置内の狭い空間内において行われる配管ロウ付作業等が容易となり、作業性が改善されるので、空気調和装置の信頼性をより向上することが可能となる。

なお、本実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置を空気調和装置に適用した場合について説明したが、本発明は、空気調和装置以外の用途に用いられる各種の冷凍サイクル装置にも同様に適用可能である。

１ 圧縮機、２ 室外熱交換器、３ 室内熱交換器、４ アキュームレータ、５ａ 第１の電磁弁、５ｂ 第２の電磁弁、５ｃ 第３の電磁弁、６ 容量制御ポート、７ 筐体、８ 空間、９ａ〜９ｆ 配管、１０ 継手

Claims (4)

1. 容量制御ポートを有し、前記容量制御ポートに作用する圧力に応じて容量を可変とする圧縮機と、
   前記圧縮機の吐出側の高圧冷媒の圧力を前記容量制御ポートに導く高圧冷媒通路と、
   前記圧縮機の吸入側の低圧冷媒の圧力を前記容量制御ポートに導く低圧冷媒通路と、
   前記高圧冷媒を前記高圧冷媒通路を通して前記容量制御ポートに導くことにより前記圧縮機を第１の能力で運転する状態と、前記低圧冷媒を前記低圧冷媒通路を通して前記容量制御ポートに導くことにより前記圧縮機を第２の能力で運転する状態と、前記高圧冷媒を前記高圧冷媒通路および前記低圧冷媒通路を通して前記圧縮機の吸入側に送るホットガスバイパス運転を行う状態とに切り替え可能な運転態様切替手段と、
   前記容量制御ポートへの流路を開閉可能な容量制御ポート開閉手段と、
   を備え、
   前記運転態様切替手段は、前記容量制御ポート開閉手段を閉じて前記容量制御ポートを低圧に保持することにより、前記圧縮機を前記第２の能力で運転して前記ホットガスバイパス運転を行う状態に切り替え可能である冷凍サイクル装置。
2. 前記低圧冷媒通路を開閉する第１の開閉手段と、
   前記高圧冷媒通路を開閉する第２の開閉手段と、
   を備え、
   前記運転態様切替手段は、前記第１の開閉手段および前記第２の開閉手段を共に開くことにより、前記ホットガスバイパス運転を行う状態に切り替える請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記圧縮機の吸入側に設けられたアキュームレータを備え、
   前記低圧冷媒通路の一端は、前記アキュームレータの上流側に接続されている請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
4. 空気調和装置として用いられる請求項１乃至３の何れか１項記載の冷凍サイクル装置。

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