JP2010096451A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、圧縮機の運転にともなう振動の影響を受けずに、かつ専用の固定具を必要としないで気液分離器を取付けることができ、気液分離器に対する信頼性の向上を得られ、室外機の大型化抑制を図った空気調和機を提供する。
【解決手段】冷凍サイクルを構成するとともに、気液分離器8と圧縮機2をバイパス開閉弁11とキャピラリチューブ12を備えたバイパス回路10で連通し、室外熱交換器出口部aと電動膨張弁入口部bとを連結する接続配管PAと、電動膨張弁出口部cと気液分離器入口部dとを連結する接続配管PBと、気液分離器液側出口部eとパックドバルブ7bとを連結する接続配管PCと、気液分離器ガス側出口部fとバイパス回路のバイパス開閉弁入口部gとを連結する接続配管PDと、バイパス開閉弁出口部hと圧縮機吸込み部i側の冷媒配管Pとを連結する接続配管PEからなる接続配管群PGと隣接し、かつ室外機の機械室底板15と離間した上部スペースに気液分離器を配置する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、気液分離器の支持構造を改良した室外機を備える空気調和機に関する。
[特許文献1]には、圧縮機の吸入冷媒を気液分離する第1気液分離器と、中間圧冷媒を気液分離する第2気液分離器を搭載した冷凍ユニットが開示されている。第1気液分離器は圧縮機の側方に、圧縮機と隣接して配置され、第2気液分離器は圧縮機と第1気液分離器との間に生じる隙間部に配置されることを特徴としている。
具体的には、第1気液分離器の上端から出口管が上方へ延び、圧縮機下部の低圧冷媒吸入口に接続され、第1気液分離器は出口管によって圧縮機に支持される。第2気液分離器のインジェクション通路を構成する出口管もこの上端から上方へ延びて、圧縮機のインジェクションポートに接続され、第2の気液分離器も出口管によって圧縮機に支持される。
特開平10−160201号公報
しかしながら、[特許文献1]のように配管を介して各気液分離器を圧縮機に支持すると、圧縮機の運転にともなう振動が直接、各気液分離器に加わり、気液分離器が振動して、分離した液冷媒の貯留に悪影響が生じる。そこで、気液分離器の高さを圧縮機と同等とし、気液分離器内で液冷媒とガス冷媒を上下に完全分離させている。
このような構成では、圧縮機の側部に、比較的大きな容器である気液分離器が存在する。したがって、圧縮機と気液分離器を収容する機械室の配置スペースを大きくとる必要があるとともに、他の配管との接続スペースが別途必要となり、室外機全体の大きさが大きくなってしまう。
また、圧縮機の振動が気液分離器に伝達しないよう、専用の固定金具を用意して、機械室の底板上に固定金具を介して気液分離器を取付け固定する構成も採用されている。この場合は、機械室底板上に固定金具を取付けるためのスペースと、取付け作業に必要な作業スペースを確保しなければならず、室外機の大型化が避けられない。
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、圧縮機の運転にともなう振動の影響を受けずに、かつ専用の固定具を必要としないで気液分離器を取付けることができ、気液分離器に対する信頼性の向上を得られるとともに、室外機の大型化抑制を図った空気調和機を提供しようとするものである。
上記目的を満足するため本発明は、室外機内に収容される圧縮機、室外熱交換器、電動膨張弁(PMV)と、室内機内に収容される室内熱交換器とを順次、冷媒配管を介して接続して冷凍サイクルを構成し、室外機に電動膨張弁と室内熱交換器とを連結する冷媒配管に設けた気液分離器を収容し、この気液分離器で気液分離されたガス冷媒はバイパス回路を介して圧縮機へ戻し、バイパス開閉弁およびキャピラリチューブをバイパス回路に備えた空気調和機において、
室外熱交換器出口部と電動膨張弁入口部とを連結する接続配管PAと、電動膨張弁出口部と気液分離器入口部とを連結する接続配管PBと、気液分離器の液側出口部と室内機に接続されるパックドバルブとを連結する接続配管PCと、気液分離器のガス側出口部とバイパス回路におけるバイパス開閉弁入口部とを連結する接続配管PDと、バイパス回路におけるバイパス開閉弁出口部とキャピラリチューブを介して圧縮機吸込み部側の冷媒配管とを連結する接続配管PEとを備え、気液分離器は圧縮機を収容する室外機の機械室底板と離間した上部スペースに接続配管PA〜PEからなる接続配管群と隣接して配置する。
本発明によれば、気液分離器に対する信頼性の向上を得られるとともに、室外機の大型化抑制を図れる等の効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
図1は、空気調和機の冷凍サイクル構成図である。
空気調和機は、室外機1Aと室内機1Bとから構成される。室外機1Aには、圧縮機2と、四方切換え弁3と、室外熱交換器4と、電動膨張弁(PMV)5が収容され、室内機1Bには室内熱交換器6が収容される。図示していないが、室外熱交換器4と対向して室外送風機が配置され、室内熱交換器6と対向して室内送風機が配置される。
上記した圧縮機2、四方切換え弁3、室外熱交換器4、電動膨張弁5、室内熱交換器6は、順次、冷媒配管Pを介して接続され、これらでヒートポンプ式の冷凍サイクルが構成される。なお、室内機1Bの室内熱交換器6に接続される2本の冷媒配管Pは、室外機1Aに設けられるパックドバルブ7a,7bに接続される。
一方のパックドバルブ7aは、四方切換え弁3から延出する冷媒配管Pに連結される。他方のパックドバルブ7bは電動膨張弁5から延出する冷媒配管Pに連結される。このパックドバルブ7bと電動膨張弁5とを接続する冷媒配管Pに、後述する気液分離器8が設けられていて、気液分離器8は室外機1Aに収容される。
上記気液分離器8にはバイパス回路10が連結される。このバイパス回路10には、電磁二方弁であるバイパス開閉弁11と、キャピラリチューブ12が設けられる。そして、バイパス回路10は後述するように、圧縮機2の吸込み側の冷媒配管Pに接続される。
説明の都合上、冷房運転時の冷凍サイクルを基準として、室外熱交換器4の出口部aと、電動膨張弁5の入口部bとを連結する冷媒配管を、「接続配管PA」と呼ぶ。電動膨張弁5の出口部cと、気液分離器8の入口部dとを連結する冷媒配管を、「接続配管PB」と呼ぶ。
気液分離器8の液側出口部eと、前記室内機1Bに接続されるうちの一方のパックドバルブ7bとを連結する冷媒配管を、「接続配管PC」と呼ぶ。気液分離器8のガス側出口部fと、前記バイパス回路10におけるバイパス開閉弁11の入口部gとを連結する冷媒配管を、「接続配管PD」と呼ぶ。
前記バイパス回路10におけるバイパス開閉弁11の出口部hと、キャピラリチューブ12を介して圧縮機2の吸込み部i側の冷媒配管Pとを連結する冷媒配管を、「接続配管PE」と呼ぶ。これら接続配管PA〜PEからなる接続配管群PGおよび上記気液分離器8は、後述するように室外機1Aの機械室に収容される。
上記気液分離器8は、図2に示すような、たとえばPCT出願のWO2007/055386A1に開示される表面張力型気液分離器が用いられる。
この気液分離器8の概略構成を説明すると、容器本体(外郭体)9と、この容器本体9内に気液二相を導入可能な入口部dと、この入口部dと流体導通可能に連結され気液二相を気相と液相に分離する気液分離室を容器本体9内部に備えている。
さらに、気液分離室と流体導通可能に連結し分離した気相が導かれるガス側出口部fおよび、液相が導かれる液側出口部eが設けられる。上記気液分離室は、入口部dから気液二相流を導入する狭小空間と、この狭小空間に連通する急拡大部および溝付き部を有する。前記溝付き部が、容器本体9と別体の溝付き面をもつ溝付き体である、としている。
そして、軸方向を垂直に向けた容器本体9の上端部に入口部dが設けられ、ここに電動膨張弁5の出口部cと連結する接続配管PBが接続される。容器本体9の周面下部には液側出口部eが設けられ、室内機1Bに接続されるうちの一方のパックドバルブ7bとを連結する接続配管PCが接続される。
さらに、容器本体9の下端部にはガス側出口部fが設けられ、バイパス回路10に設けられるバイパス開閉弁11の入口部gとを連結する接続配管PDが接続される。
再び図1に示すように、前記電動膨張弁5の開度を制御するための冷媒温度を検知する温度センサ13が、圧縮機2の吸込み部iと四方切換え弁3とを連結する冷媒配管Pに取付けられている。なお説明すると、圧縮機2の吸込み部iと四方切換え弁3とを連結する冷媒配管Pに接続する接続配管PEの接続部位よりも上流側に取付けられる。
つぎに、上記室外機1Aにおける実際の配管構成について説明する。
図3は、室外機1Aの内部構造を示す斜視図であり、筐体を構成する底板15を除く筐体各面部と、底板15上に配置される室外送風機は省略している。また、仕切り板16は二点鎖線で示している。
底板15は平面視で長方矩形状に形成され、長手方向と短手方向のそれぞれ一側辺に沿い、平面視で略L字状に折曲げ形成される室外熱交換器4が配置される。この室外熱交換器4で囲まれる長手方向の他側辺に沿い、室外送風機を支持する架台を位置決めし、かつ取付けるための凹部15aが設けられる。
室外熱交換器4の長手方向に折曲げられた端部から、室外送風機を取付けるための凹部15a側面に沿って上記仕切り板16が設けられる。この仕切り板16から室外熱交換器4と凹部15a側に仕切られた空間スペースを熱交換室Raと呼び、熱交換室Raの反対側に仕切られた空間スペースを機械室Rbと呼ぶ。
上記機械室Rbには、圧縮機2と、気液分離器8と、パックドバルブ7a,7bおよび後述する接続配管群PGが収容される。接続配管群PGには上記四方切換え弁3と、マフラ17および上記電動膨張弁5が含まれていて、先に図1の冷凍サイクル構成で説明した室外機1Aにおける構成部品を連結する全ての冷媒配管Pからなる。
上記室外熱交換器4は、両側部に端板tが設けられ、これら端板t間には複数枚のフィンFが所定の間隔を存して並設され、これらフィンFと端板tを貫通して熱交換パイプNが設けられてなる。上記仕切り板16の端部は一方の端板tに重ねられた状態で取付けられ、したがって端板tと仕切り板16から熱交換パイプNの一部が突出する。
図4は、上記接続配管群PGの主要部を拡大して示す斜視図である。
ここでは図示しない室外熱交換器4の端板tと仕切り板16端部との重ね部分から、室外熱交換器4を構成する2本の熱交換パイプが水平方向に延出される。それぞれの熱交換パイプに冷媒配管Pが接続されていて、所定の部位で上方へ折り曲げられ、その一方は水平方向へ折り曲げられてから下方に屈曲されキャピラリチューブ18に接続される。
このキャピラリチューブ18に対して分流器19が垂直方向に直状に連結される。上記他方の冷媒配管Pは一方の冷媒配管と同様に折り曲げられてから分流器19に直接、接続される。したがって、この分流器19にて2本の冷媒配管Pが合流することになる。
上記分流器19の下端部から延出される冷媒配管Pは略U字状に折り曲げられ、他の冷媒配管および構成部品と接触しないよう上方へ延出されて、軸方向を垂直に向けられた電動膨張弁5の下端部に接続される。すなわち、先に図1で説明した室外熱交換器4の出口部aと電動膨張弁5の入口部bとを接続する接続配管PAである。
上記電動膨張弁5の側部から延出される冷媒配管Pは下方に折曲げられ、軸方向を垂直に向けられたマフラ17の上端部に連結される。さらに、マフラ17の下端から延出される冷媒配管Pは、所定の部位で略U字状に曲成されて上方へ延出される。
そして、電動膨張弁5の近傍位置にて逆略U字状に曲成され、垂直方向に向けられて気液分離器8の上端部に接続される。すなわち、先に図1で説明した電動膨張弁5の出口部cと気液分離器8の入口部dとを連結する接続配管PBである。
気液分離器8も、図2で説明したように軸方向を垂直に向けられていて、この側部から延出される冷媒配管Pは一旦水平方向に向けられ、所定部位で下方に折曲げられる。さらに、所定部位で水平方向に折曲げられ、途中に屈曲部を介してパックドバルブ7bに接続される。
すなわち、先に図1で説明した気液分離器8の液側出口部eと、室内機1Bに接続されるパックドバルブ7bとを連結する接続配管PCである。
気液分離器8の下端部から延出される冷媒配管Pは所定の部位で略U字状に曲成され上方へ延出される。この冷媒配管Pは他の冷媒配管および構成部品と接触しないよう斜めに折り曲げられるとともに、気液分離器8の上方部位において水平方向に折り曲げられる。
気液分離器8の上方部位にはバイパス開閉弁11が垂直方向に向けられていて、この側部に前記冷媒配管Pが連結される。すなわち、先に図1で説明した気液分離器8のガス側出口部fと、バイパス回路10におけるバイパス開閉弁11の入口部gとを連結する接続配管PDである。
バイパス開閉弁11の下端部から延出される冷媒配管Pは下方に延出され、気液分離器8の側部に設けられるキャピラリチューブ12の一端部に連結される。このキャピラリチューブ12は円形コイル状に曲成されていて、他端部は上方へ向けられる。
キャピラリチューブ12の他端部に連結される冷媒配管Pは、一旦水平方向に折曲げられてから上方へ折曲げられ、さらに下方に曲成され、ここでは図示しない圧縮機2の吸込み部iと連通する冷媒配管Pの中途部に連結される。
すなわち、先に図1で説明したバイパス回路10におけるバイパス開閉弁11の出口部hと、キャピラリチューブ12を介して圧縮機2の吸込み部i側の冷媒配管Pとを接続する接続配管PEである。
このようにして気液分離器8、マフラ17、電動膨張弁5およびバイパス開閉弁11の全てが軸方向を垂直に向けられ、これら構成部品に接続される接続配管群PGも、主として垂直方向に向けられた状態となっている。
特に、気液分離器8は、他の構成部品と接続配管群PGの中間部に位置し、周囲面を接続配管群PGに隣接した状態で、底板15から上方に離間した位置のスペース上に配置されている。
さらに、気液分離器8を構成する容器本体9の外周面と上記接続配管PBとに亘って一体に帯状部材である結束バンド(タイラップ)20aで結束され、気液分離器8と接続配管PBとが互いに固定される。
気液分離器8下端部において、接続配管PDと、上記パックドバルブ7bに近い部位の接続配管PCとが結束バンド20bで結束され、これら接続配管PD,PC相互が互いに固定される。気液分離器8の上端部において、接続配管PBと接続配管PEの中途部が結束バンド20cで結束され、これら接続配管PB、PE相互が互いに固定される。
特に、接続配管PEにおいて、キャピラリチューブ12の両側部が固定される。気液分離器8の側部において、接続配管PCと接続配管PEのキャピラリチューブ12とが結束バンド20dで結束され、これら接続配管PC,PE相互が互いに固定される。
結局、気液分離器8における容器本体9自体と、入口部dに接続する接続配管PDと、液側出口部eに接続する接続配管PCと、ガス側出口部fに接続する接続配管PDの4箇所は、互い同士、もしくは隣接する接続配管と帯状部材である結束バンド(タイラップ)20a〜20dで結束固定される。
つぎに、冷房運転について説明する。
圧縮機2が駆動され、液相分を含む気液二相流である高圧高温のガス冷媒が冷媒配管Pへ吐出される。図1に、太い破線矢印で示すように、四方切換え弁3を介して室外熱交換器4に導かれ、凝縮液化する。ただし、この液冷媒中にもガス相分が含まれた気液二相流の状態で、接続配管PAに導出され、電動膨張弁5に導かれて断熱膨張する。
電動膨張弁5から接続配管PBに導出され、上述したように構成される気液分離器8の入口部dから容器本体9内に導入される。冷媒は気液二相流の状態のままで狭小空間に流入し、さらに気液分離室における急拡大部で流路面積が拡大する。そのあと、溝付き体の溝に沿って導かれ、ここで液相分が表面張力の作用により溝内に保持される。
気相分は液相分より分離して溝外へ出て行き、ガス側出口部fに導かれる。液相分は容器本体9の内底部に溜ったあと、液側出口部eから導出される。すなわち、気液分離器8から接続配管PCに気液分離された液冷媒が導出され、図に実線矢印に示すようにパックドバルブ7bを介して室内機1Bの室内熱交換器6に導かれる。
室内熱交換器6で液冷媒は蒸発し、ここに流通する室内空気から蒸発潜熱を奪い冷気に変える。冷気は室内へ吹出され、冷房作用をなす。蒸発した冷媒は室内機1Bを出てパックドバルブ7aに導かれる。
蒸発冷媒は、パックドバルブ7aから再び室外機1Aの冷媒配管Pに導かれ、細い破線矢印で示すように、四方切換え弁3を介して圧縮機2の吸込み部iに吸込まれる。四方切換え弁3から圧縮機吸込み部iに至る間に温度センサ13によって冷媒温度が検知される。圧縮機2に吸込まれた冷媒は再び圧縮され、上述のサイクルを繰り返す。
一方、気液分離器8で気液分離された気相分であるガス冷媒は、後述する所定の条件が揃ってバイパス開閉弁11が開放されるときにのみ、細い破線矢印で示すようにバイパス回路10へ導かれる。このガス冷媒は、気液分離器8から接続配管PDに導かれてバイパス開閉弁11を流通し、さらに接続配管PEに導かれる。
接続配管PEにおいて、キャピラリチューブ12により流量を絞られたうえで、接続配管PEから圧縮機2の吸込み部iに連通する冷媒配管Pを介して圧縮機2に吸込まれる。圧縮機2には四方切換え弁3と冷媒配管Pを導かれる蒸発冷媒と、気液分離器8からバイパス回路10を導かれるガス冷媒が吸込まれることとなり、圧縮能力が増大する。
空気調和機として、冷房運転時に一定能力が気液分離器8無しでも確保される場合は、バイパス回路10のバイパス開閉弁11は閉成を保持する。
たとえば、冷房運転時に常時、バイパス開閉弁11を開放し、気液分離器8からバイパス回路10を介して圧縮機2に気液分離したガス冷媒を導くようにすると、圧縮機2が低速の運転周波数で駆動されているときは液戻り量が多くなり信頼性の悪化を招く。上述のように制御することで、圧縮機の信頼性の向上を図れる。
また、高い冷房能力を必要とする圧縮機2が高速の運転周波数で駆動されているときは、バイパス開閉弁11を開放して、気液分離器8で分離したガス冷媒を圧縮機2に導くよう制御する。
一方、圧縮機2の駆動にともない振動が生じる。何らの対策も講じなければ、圧縮機2の振動は、圧縮機2周囲に配置される気液分離器8などの構成部品と、圧縮機2に接続される冷媒配管Pに伝播し拡大する。そのまま放置すれば、圧縮機2および気液分離器8などの構成部品と、冷媒配管Pとの接続部が損傷し、ついには破損に至る虞れがある。
ここでは、室外機1Aにおいて接続配管群PA〜PEを含む冷媒配管Pを、基本的に垂直方向に設けることと、この冷媒配管Pに接続する気液分離器8等の構成部品を垂直方向に向けて配置してある。したがって、圧縮機2から冷媒配管Pと構成部品に直接的および間接的に伝達する振動の影響を少なくできる。
さらに、気液分離器8を機械室Rb内の底板15上方で、室外熱交換器4と圧縮機2とを連結する間の接続配管群PA〜PEの隙間に配置した。そのため、専用の固定具を用いて気液分離器8を取付けるのに必要なスペースが不要となり、機械室Rbの収納スペースがコンパクト化され、室外機1Aの小型化に寄与する。
圧縮機2の吸込み部iに連通する冷媒配管Pに、気液分離器8で分離されたガス冷媒を導くバイパス回路10を接続し、電動膨張弁5の開度を制御するための冷媒温度を検知する温度センサ13を、圧縮機2の吸込み部iに連通する冷媒配管Pと気液分離器8からバイパス回路10との接続部位よりも上流側に配置した。
したがって、圧縮機吸込み部iと連通する冷媒配管Pに導かれる冷媒の温度状況で、電動膨張弁5の開度を制御し、冷媒循環量を最適状態に制御する。温度センサ13の取付け位置を特定することで、バイパス回路10を導かれるガス冷媒の温度変動があっても、温度センサ13の検出温度が影響を受けずに済み、電動膨張弁5は常に最適な作用をなす。
なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明における一実施の形態に係る、空気調和機の冷凍サイクル構成図。 同実施の形態に係る、気液分離器の外観斜視図。 同実施の形態に係る、室外機の内部斜視図。 同実施の形態に係る、気液分離器と接続配管群の配管構成を説明する斜視図。
符号の説明
1A…室外機、2…圧縮機、4…室外熱交換器、5…電動膨張弁、1B…室内機、6…室内熱交換器、P…冷媒配管、8…気液分離器、10…バイパス回路、11…バイパス開閉弁、12…キャピラリチューブ、Rb…機械室、15…底板、a…室外熱交換器出口部、b…電動膨張弁入口部、c…電動膨張弁出口部、d…気液分離器入口部、e…気液分離器液側出口部、7b…パックドバルブ、f…気液分離器ガス側出口部、g…バイパス開閉弁入口部、h…バイパス開閉弁出口部、i…圧縮機吸込み部、PG…接続配管群、13…温度センサ、20a〜20d…結束バンド(帯状部材)。

Claims (3)

  1. 室外機内に収容される圧縮機、室外熱交換器、電動膨張弁(PMV)と、室内機内に収容される室内熱交換器とが順次、冷媒配管を介して接続され冷凍サイクルを構成するとともに、前記室外機に、前記電動膨張弁と前記室内熱交換器とを連結する冷媒配管に設けられる気液分離器を収容し、この気液分離器で気液分離されたガス冷媒を前記圧縮機へ戻すバイパス回路を設け、このバイパス回路にバイパス開閉弁およびキャピラリチューブを備えた空気調和機において、
    前記室外熱交換器出口部と、前記電動膨張弁入口部とを連結する接続配管PAと、
    前記電動膨張弁出口部と、前記気液分離器入口部とを連結する接続配管PBと、
    前記気液分離器の液側出口部と、前記室内機に接続されるパックドバルブとを連結する接続配管PCと、
    前記気液分離器のガス側出口部と、前記バイパス回路におけるバイパス開閉弁入口部とを連結する接続配管PDと、
    前記バイパス回路におけるバイパス開閉弁出口部と、前記キャピラリチューブを介して圧縮機吸込み部側の冷媒配管とを連結する接続配管PEとを備え、
    前記気液分離器は、前記圧縮機を収容する前記室外機の機械室底板と離間した上部スペースに、前記接続配管PA〜PEからなる接続配管群と隣接して配置する
    ことを特徴とする空気調和機。
  2. 前記電動膨張弁の開度を制御するための冷媒温度を検知する温度センサを、前記圧縮機吸込み部側の冷媒配管における、前記接続配管PEの接続部位よりも上流側に取付けた
    ことを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
  3. 前記気液分離器を構成する容器本体と、この容器本体に接続する接続配管PB,PC,PDを、隣接する接続配管PA〜PEのいずれかと帯状部材で結合固定した
    ことを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
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