JP2014129895A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】
圧縮機に、二相状態の冷媒を吸入することで、吐出温度の上昇を抑制することができるが、液冷媒を圧縮した場合、圧縮機が劣化するおそれがある。そこで、本発明は、サクションタンク内で冷媒を蒸発させ、冷媒の潜熱で圧縮機を冷やしつつ、圧縮機の劣化を防ぐことを目的とする。
【解決手段】
本発明の空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、サクションタンクを順次配管接続した冷凍サイクルと、圧縮機及びサクションタンクに接する熱交換手段と、を備え、冷媒としてR32を用い、サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0より小さい。
【選択図】図3
圧縮機に、二相状態の冷媒を吸入することで、吐出温度の上昇を抑制することができるが、液冷媒を圧縮した場合、圧縮機が劣化するおそれがある。そこで、本発明は、サクションタンク内で冷媒を蒸発させ、冷媒の潜熱で圧縮機を冷やしつつ、圧縮機の劣化を防ぐことを目的とする。
【解決手段】
本発明の空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、サクションタンクを順次配管接続した冷凍サイクルと、圧縮機及びサクションタンクに接する熱交換手段と、を備え、冷媒としてR32を用い、サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0より小さい。
【選択図】図3
Description
本発明は、空気調和機に関する。
近年地球温暖化の観点から地球温暖化係数の小さい冷媒が着目されており、現在主な空気調和機で用いられているR410Aよりも地球温暖化係数の小さいR32などの冷媒が検討されている。
しかし、R32はR410Aよりも断熱圧縮時のエンタルピ変化が大きいため、同じ能力を出そうとすると吐出温度が上昇し、圧縮機の樹脂材料や磁石の劣化が進み、長期信頼性が低下するおそれがある。
このような問題に対し、特許文献1には、圧縮機に乾き度0.65以上かつ0.85以下のR32冷媒を吸入することが記載されている。特許文献1によれば、吐出温度の上昇を抑制することができる。
特許文献1に記載の空気調和機は、冷媒の一部を液体の状態のまま、圧縮機に吸入している。
しかしながら、液体はそもそも圧縮することができない。そのため、特許文献1に記載の空気調和機は、圧縮機に吸入した液体状態の冷媒を圧縮前に蒸発させる必要がある。仮に、蒸発できずに液体状態の冷媒を圧縮した場合、圧縮機が劣化するおそれがある。
そこで、本発明は、冷媒の潜熱で圧縮機を冷やしつつ、圧縮機の劣化を防ぐことを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明の空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、サクションタンクを順次配管接続した冷凍サイクルと、圧縮機及びサクションタンクに接する熱交換手段と、を備え、冷媒としてR32を用い、サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0より小さい。
本発明によれば、サクションタンク内で冷媒が蒸発するため、冷媒の潜熱で圧縮機を冷やしつつ、圧縮機の劣化を防ぐことができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、空気調和機の冷媒回路構成図である。空気調和機1は、圧縮機2、流路切換弁(例えば四方弁)3、室外熱交換器4、膨張弁5、室内熱交換器6、サクションタンク7を環状に接続した回路で構成される。
また、空気調和機1は制御部50及び温度検出部51、温度検出部52、温度検出部53、温度検出部54及び温度検出部55を備え、制御部50は温度検出部51〜55で検出した温度を取得し、空気調和機1を制御する。具体的には、制御部50は、流路切替弁3の切換や膨張弁5の弁開度、圧縮機2の回転数、室外熱交換器4と室内熱交換器6の空気側の交換熱量を制御する。
圧縮機2とサクションタンク7は冷媒が通過する配管のほかに、熱交換手段8を介して熱的に接触している。
次に、空気調和機1の各機器の動作について図1を用いて説明する。空気調和機1の運転モードが「冷房」である場合、流路切替弁3を切り替えることで、冷媒は図1の実線矢印の方向へ流れる。
圧縮機2から吐出された冷媒は、流路切替弁3の実線で示した流路を介して、室外熱交換器4に供給される。そして、室外熱交換器4から排出された冷媒は、膨張弁5で減圧膨張し、室内熱交換器6に供給される。室内熱交換器6から排出された冷媒は、流路切替弁3の実線で示した流路を介して、サクションタンク7及び圧縮機2に戻る。
また、空気調和機1の運転モードが「暖房」である場合、流路切替弁3を切り替えることで、冷媒は図1の破線矢印の方向へ流れる。圧縮機2から吐出された冷媒は、流路切替弁3の破線で示した流路を介して、室内熱交換器6に供給される。そして、室内熱交換器6で凝縮した冷媒は、膨張弁5で減圧膨張し、室外熱交換器4に供給される。室外熱交換器4で蒸発した冷媒は、流路切替弁3の破線で示した流路を介して、サクションタンク7及び圧縮機2に戻る。
室外熱交換器4及び室内熱交換器6は、冷媒と空気を熱交換させる。例えば、室内熱交換器6をフィンチューブ形式で構成し、プロペラファンや貫流ファンなどで室内の空気をフィンに通流させ、フィンを貫通する管の内部に冷媒を通流させることで、冷媒と空気を熱交換させる。
サクションタンク7は、液体状態の冷媒を溜め、気体状態の冷媒を排出する。サクションタンク7を設けることで、運転開始時などで、冷媒が液のまま圧縮機2で圧縮され、信頼性が損なわれることを防ぐことができる。また、圧縮機2は容積型であり、回転数が可変である。
次に、圧縮機2、サクションタンク7及び熱交換手段8について、図2及び図3を用いて説明する。図2は圧縮機とサクションタンクを上方から見た図である。図3は圧縮機とサクションタンクを横から見た図である。
配管Aは圧縮機2の吐出口に接続する配管、配管Bはサクションタンク7の入口に接続する配管、配管Cはサクションタンク7の出口と圧縮機2の入口を接続する配管である。
熱交換手段8は、圧縮機2及びサクションタンク7に物理的に接触しており、圧縮機2とサクションタンク7は熱交換手段8を介して熱交換する。熱交換手段8は熱伝導率が高く、かつ、圧縮機2およびサクションタンク7と低い熱抵抗で接続可能な物質であることが望ましい。例えば、鋼などの鉄や銅・アルミなど熱伝導率が比較的高く、溶接やロウ付けなどで圧縮機2およびサクションタンク7と接続することで、熱抵抗を低く抑えることができる。また、圧縮機2およびサクションタンク7との距離を短くして、熱交換手段8の厚みを薄くすることで、熱抵抗を低く抑えることができる。
熱交換手段8の熱伝導率λと厚みtは式(1)で熱通過率Kc(=1/熱抵抗)として表すことができる。
〔数1〕
Kc(kW/m2K)=λ(kW/mK)/t(m)…(1)
〔数1〕
Kc(kW/m2K)=λ(kW/mK)/t(m)…(1)
サクションタンク7内の冷媒の熱伝達率αは、冷媒が二相状態であれば数千〜1万(W/m2K)であるが、気体の場合は数百(W/m2K)である。
サクションタンク7と圧縮機2の熱通過率Kは接触面積を一定として圧縮機2を基準とすれば、熱通過率は式(2)で表すことができる。
〔数2〕
1/K(kW/m2K)=1/Kc+1/α…(2)
〔数2〕
1/K(kW/m2K)=1/Kc+1/α…(2)
そして、式(2)で求めた熱通過率と熱交換手段8の接触面積とから、接触部8による熱交換量を計算することができる。
ここで、R32はR410Aよりも断熱圧縮時のエンタルピ変化が大きいため、同じ能力を出そうとすると吐出温度が上昇し、圧縮機2の樹脂材料や磁石の劣化が進み、長期信頼性が低下するおそれがある。
このような問題に対し、圧縮機2に二相状態の冷媒を吸入することで、吐出温度の上昇を抑制することができる。しかしながら、圧縮機2が液体を含む冷媒を吸入すると、体積がほとんど変化しない液を圧縮してしまい、圧縮機2の圧縮室に大きな負荷がかかり信頼性を損ねてしまう。
そこで、本実施例の空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、サクションタンクを順次配管接続した冷凍サイクルと、圧縮機及びサクションタンクに接する熱交換手段と、を備え、冷媒としてR32を用い、サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0より小さくしている。
本実施例の空気調和機は、熱交換手段8を介して圧縮機2とサクションタンク7とを熱交換させ、サクションタンク7にある液冷媒を蒸発させ、圧縮機2に液冷媒が入るのを防いでいる。また、液冷媒の蒸発によって、熱交換手段8を介して圧縮機2の熱が奪われるので、圧縮機2を冷却することができる。本実施例によれば、圧縮機2とサクションタンク7が熱交換手段8を介して熱交換するので、冷媒の潜熱によって圧縮機2を冷却しつつ、液圧縮を防ぐことができる。
さらに、本実施例の空気調和機は、サクションタンク7の出口における冷媒の乾き度を1.0以上にしている。本実施例によれば、圧縮機2が液体を含む冷媒を吸入するのを防ぎ、圧縮機2の信頼性を保つことができる。
本実施例のサクションタンク7は油戻し穴を有している。油戻し穴は、サクションタンク7に溜まった油を圧縮機2に戻す役割を担うが、同時に液冷媒も油戻し穴を通って圧縮機2に戻るおそれがある。
そこで、本実施例の空気調和機は、熱交換手段8の少なくとも一部は、サクションタンク7の油戻し穴よりも下方に位置する。サクションタンク7の油戻し穴よりも下方に液冷媒が溜まるため、熱交換手段8がサクションタンク7のうち液冷媒が溜まっている箇所と直接熱交換することができる。従って、本実施例によれば、圧縮機2とサクションタンク7との熱交換量をさらに増加させることができる。
次に、具体的な制御方法について、図4を参照しつつ説明する。図4は空気調和機の運転モード選択フローチャートである。
まず、外気温度や圧縮機回転数、温度検出手段51により検出される吐出温度Td(以下「実Td」という。)と、予め定められている信頼性確保のための第1の設定温度(以下「上限Td」という。)の比較を行う。実Tdが上限Tdより大きくなると、圧縮機2を冷却するための制御に切り替わる(101)。本実施例では、例えば上限Tdを80℃と設定し、実Tdが80℃よりも大きい場合に圧縮機2を冷却するための制御に切り替える。
一方、実Tdが上限Tdより小さい場合は通常の運転を継続する(104)。このとき、サクションタンク7の内部における冷媒は気体であり、気相状態の熱伝達率は二相状態よりも小さい。そのため、熱交換手段8が圧縮機2及びサクションタンク7に接していたとしても、圧縮機2の吐出温度Tdの低下幅は少ない。
圧縮機2を冷却するための制御に切り替わると、サクションタンク7の入口を二相状態にして、サクションタンク7の出口を気相状態にする制御を行う。
まず、サクションタンク7の入口で冷媒を二相状態にするために、蒸発温度Teとサクションタンク7入口温度Tstinの差に基いて、サクションタンク7の入口で冷媒が二相状態であるか気相状態であるかを判定する(102)。
サクションタンク7の入口温度Tstinが蒸発温度Teよりも大きい場合、サクションタンク入口は気相状態であると判定し、膨張弁5の開度を大きくする(105)。一方、サクションタンク7の入口温度Tstinが蒸発温度Teよりも小さい場合、サクションタンク7の入口は二相状態であると判定する。このように制御することで、サクションタンク7の入口を二相状態にすることができる。
次に、サクションタンク7の出口で冷媒を気相状態にするために、サクションタンク7の出口温度Tstoutとサクションタンク7の入口温度Tstinの差に基いて、サクションタンク7の入口で冷媒が二相状態であるか気相状態であるかを判定する(103)。
サクションタンク7の出口温度Tstoutがサクションタンク7の入口温度Tstinと同じ、又は、サクションタンク7の出口温度Tstoutがサクションタンク7の入口温度Tstinより小さいときは、サクションタンク7の出口は二相状態であると判定し、膨張弁5の開度を小さくする(106)。一方、サクションタンク7の出口温度Tstoutがサクションタンク7の入口温度Tstin以上の場合は、サクションタンク7の出口は気相状態であると判定し、運転が継続される(104)。このように制御することにより、サクションタンク7に液冷媒が溜まり、サクションタンク7の出口から液冷媒が溢れ出すのを防ぐことができる。
以上説明した通り、本実施例によれば、サクションタンク7の入口を二相状態にし、サクションタンク7の出口を気相状態にして、冷媒の潜熱によって圧縮機2を冷却しつつ、液圧縮を防ぐことができる。また、圧縮機2の吸込側冷媒は気相状態であるため、圧縮機2へ液冷媒が入ることを防ぎ、圧縮機2の圧縮室にある冷凍機油が液冷媒で流されてしまうことを防ぐことができる。
蒸発温度Teは、冷房運転では温度検出手段54、暖房運転では温度検出手段55により検出された温度を、蒸発器からサクションタンク7までの配管による冷媒圧力損失分を圧縮機2の回転数に応じて補正した値である。例えば、冷房運転で室内熱交換器6の蒸発温度を温度検出手段54が10℃と検出すると、室内熱交換器6からサクションタンク7までの配管による冷媒圧力損失分を圧縮機2の回転数に応じて補正して、蒸発温度Teが6℃と設定される。
なお、室内熱交換器6からサクションタンク7までの配管による冷媒圧力損失分は、圧縮機2の回転数に応じて可変させずに、一律に定めた値としてもよい。
また、サクションタンク7の入口温度Tstinは温度検出手段52より検出される値である。
本実施例では、サクションタンク7の入口を二相状態、及び、サクションタンク7の出口を気相状態にするために、膨張弁5を制御することについて説明したが、圧縮機2の回転数、室内ファンの回転数、室外ファンの回転数を制御してもよい。
1…空気調和機、2…圧縮機、3…流路切換弁、4…室外熱交換器、5…膨張弁、6…室内熱交換器、7…サクションタンク、8…熱交換手段、9…油戻し穴、50…制御部、51、52、53、54、55…温度検出手段
Claims (5)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、サクションタンクを順次配管接続した冷凍サイクルと、
前記圧縮機及び前記サクションタンクに接する熱交換手段と、を備え、
冷媒としてR32を用い、
前記サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0より小さい空気調和機。 - 前記蒸発器における蒸発温度が前記サクションタンクの入口温度よりも小さいときは、前記サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0以上であると判定し、
前記蒸発器における蒸発温度が前記サクションタンクの入口温度よりも大きいときは、前記サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0より小さいと判定し、
前記サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0以上であるときに、前記膨張弁の開度を大きくすることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記サクションタンクの出口における冷媒の乾き度が1.0以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和機。
- 前記サクションタンクの出口温度が前記サクションタンクの入口温度よりも大きいときは、前記サクションタンクの入口における冷媒の乾き度が1.0以上であると判定し、
前記サクションタンクの出口温度が前記サクションタンクの入口温度と同じ、又は、前記サクションタンクの出口温度が前記サクションタンクの入口温度より小さいときは、前記サクションタンクの出口における冷媒の乾き度が1.0より小さいと判定し、
前記サクションタンクの出口における冷媒の乾き度が1.0より小さいときに、前記膨張弁の開度を小さくすることを特徴とする請求項3に記載の空気調和機。 - 前記サクションタンクは油戻し穴を有し、
前記熱交換手段の少なくとも一部は前記油戻し穴より下方に位置することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の空気調和機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012286607A JP2014129895A (ja) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 空気調和機 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2012286607A JP2014129895A (ja) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 空気調和機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014129895A true JP2014129895A (ja) | 2014-07-10 |
Family
ID=51408425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012286607A Pending JP2014129895A (ja) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 空気調和機 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2014129895A (ja) |
-
2012
- 2012-12-28 JP JP2012286607A patent/JP2014129895A/ja active Pending
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