JP2023062750A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の装置では圧縮機が高価になり、第一の冷媒間熱交換器は主たる蒸発器を出た後の冷媒で冷却するため冷却温度が高く熱交換性能が確保しにくい。【解決手段】凝縮器より流出する冷媒を蒸発器を経由する主回路と蒸発器をバイパスするバイパス回路に分岐させる分岐部と、主回路とバイパス回路の冷媒を合流させる合流部と、凝縮器と蒸発器の間の冷媒を減圧膨張させる第一の絞り手段と、凝縮器と第一の絞り手段の間の冷媒と合流部と圧縮機の吸入の間の冷媒の間で熱交換を行う第一の冷媒間熱交換器と、を有し、バイパス回路においては、分岐部で分岐された冷媒を第二の絞り手段で減圧膨張させ、第二の冷媒間熱交換器で第一の冷媒間熱交換器の凝縮側出口より流出する冷媒との間で熱交換を行い、合流部で蒸発器から流れてきた冷媒と合流する様に構成する。【選択図】図１

Description

本開示は、空気調和機に関する。

特許文献１は、非共沸混合冷媒を使用する冷却装置であって、圧縮機から吐出される非共沸混合冷媒の圧力を検出する出口圧力検出センサと、冷媒の温度を検出する出口温度検出センサを備えている。そして、演算装置により出口圧力検出センサで検出した冷媒圧力から冷媒の飽和温度を求め、この飽和温度に補正値を加えた圧縮機出口設定温度を求め、出口温度検出センサの検出値が圧縮機出口設定温度と同じになるよう第一膨張弁を制御する。

実施例の中で、低圧と中間圧から冷媒を吸引するインジェクション圧縮機と、エコノマイザと液過冷却器とを使用していて、中間圧吸引口へはエコノマイザから、低圧吸引口へは気液分離器と液過冷却器から冷媒が供給される。

そして、エコノマイザでは、凝縮器から送られた冷媒を冷却するとともに、その冷却した冷媒の一部を減圧膨張させた冷媒をエコノマイザで（凝縮器から送られた冷媒から熱を貰い）蒸発させて圧縮機の中間圧吸引口へ送り出す。

エコノマイザで冷却された残りの液冷媒は液過冷却器でさらに冷却され過冷却度を大きくして第一膨張弁へ進み、蒸発器で加熱されて蒸発し気液分離器へ進む。

気液分離器で分離された液冷媒は、液過冷却器で過冷却側の液冷媒を冷却しつつ蒸発し、気体の冷媒はインジェクタへ進み、液過冷却器の蒸発側から気体となった冷媒を吸引しながら圧縮機の吸引口へ戻る。

特開２００２ー３４９９７６号公報

しかしながら、インジェクション圧縮機は構造が複雑になるため単段圧縮機に比べ、高価になる。従来例において単段圧縮機を用いても良いとしているが、それは圧力センサと温度センサと膨張弁制御に関する内容を意図するものであり、エコノマイザや液過冷却器などの構成については具体的に示されていない。

また、エコノマイザで蒸発させる冷媒の量は装置を循環する冷媒の一部であって、装置の能力が小さくなると蒸発させる冷媒の量が極端に減り、絞りの調整が困難になる。また液過冷却器は主たる蒸発器を出た後の冷媒で高圧の冷媒を冷却することとなり、温度滑りのために蒸発温度が高くなっているため、高圧の液冷媒の過冷却度を大きくとるという観点では熱交換性能が確保しにくいという課題がある。

本開示は、冷凍サイクル内の冷媒間で熱交換を行う熱交換器を効果的に用い、減圧膨張前の冷媒の過冷却度を増大させ、圧縮機吸入口における冷媒の状態を安定させることのできる装置を提供する。

本開示における空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、第一の送風手段により送られた空気と熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器と、第二の送風手段により送られた空気と熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する空気調和機において、凝縮器より流出する冷媒を蒸発器を経由する主回路と蒸発器をバイパスするバイパス回路に分岐させる分岐部と、主回路とバイパス回路の冷媒を合流させる合流部と、凝縮器と蒸発器の間の冷媒を減圧膨張させる第一の絞り手段と、凝縮器と第一の絞り手段の間の冷媒と合流部と圧縮機の吸入との間の冷媒の間で熱交換を行う第一の冷媒間熱交換器と、を有し、バイパス回路においては、分岐部で分岐された冷媒を第二の絞り手段で減圧膨張させ、第二の冷媒間熱交換器で第一の冷媒間熱交換器の凝縮側出口より流出する冷媒との間で熱交換を行い、合流部で蒸発器から流れてきた冷媒と合流することを特徴とする。

本開示における空気調和機は、蒸発圧力が同じ場合、蒸発終盤の冷媒で冷却する第一の冷媒間熱交換器よりも、冷媒が液状態から蒸発する第二の冷媒間熱交換器のほうが冷媒の最低蒸発温度は低くなり、高圧側の冷媒をより低温まで冷却することができ、本発明の構成とすることで高圧側の冷媒を最も低い温度まで冷却することが可能である。従って、安価で高性能の空気調和機を提供することができる。

また、第二の冷媒間熱交換器を出た低圧側の冷媒は、第一の冷媒間熱交換器において再度吸熱する機会が得られ、第二の冷媒間熱交換器から圧縮機へ液冷媒が戻るのを防ぎ安定した運転が可能となる。従って、快適性や信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

本開示の実施の形態１の空調調和機の構成図 第一の冷媒間熱交換器のみ使用時の変化を示すＲ４５４Ｃのモリエル線図 第二の冷媒間熱交換器のみ使用時の変化を示すＲ４５４Ｃのモリエル線図 実施の形態１の冷凍サイクルの状態を示すＲ４５４Ｃのモリエル線図

（本開示の基礎となった知見等）
背景技術で述べたように、冷凍サイクルの効率や安定性を向上させる方法として、液過冷却器やエコノマイザといった循環する冷媒間で熱交換を行う技術がある。

液過冷却器については、蒸発器を出た冷媒で凝縮器を出た冷媒を冷却する内部熱交換器と呼ばれる熱交換器もよく知られている。

図２は、第一の冷媒間熱交換器のみ使用した場合の変化を示す、Ｒ４５４Ｃのモリエル線図で、第一の冷媒間熱交換器を使用しない場合のサイクルはＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ａの各点の状態を経て冷媒は循環する。具体的な位置で言えば、Ａは圧縮機吸入、Ｂは圧縮機吐出、Ｃは凝縮器出口、Ｄは蒸発器入口、Ｅは蒸発器出口となる。

第一の冷媒間熱交換器のみ使用した場合、Ｃを通過した冷媒とＥを通過した冷媒との間で熱交換を行うことになり、第一の冷媒間熱交換器の凝縮側出口がＣ１に、蒸発器入口がＤ１になり、圧縮機吸入はＡ１、圧縮機吐出はＢ１となって、サイクルはＡ１→Ｂ１→Ｃ→Ｃ１→Ｄ１→Ｅ→Ａ１の各点の状態を経て冷媒は循環するようになる。

そして、蒸発器での比エンタルピ差が大きくなり、少ない冷媒の循環量で同等能力を得ることができるようになり、運転効率が向上する。

Ｒ４５４ＣはＲ１２３４ｙｆを重量比で７８．５％含み、圧縮機吸入口における冷媒の過熱度が大きいと性能が良いという特性を有しているため、特に効果が大きい。また、Ｒ４５４Ｃのような特性を有さない単一冷媒であっても、蒸発器出口から圧縮機吸入口までの圧損を削減したり、圧縮機吸入口への液戻りを抑制する効果が得られる。

図３は、第二の冷媒間熱交換器のみ使用した場合の変化を示す、Ｒ４５４Ｃのモリエル線図で、第二の冷媒間熱交換器を使用しない場合のサイクルは図２の場合と同様、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ａの各点の状態を経て冷媒は循環する。

第二の冷媒間熱交換器のみ使用した場合、Ｃを通過した冷媒の一部を取り出した副の冷媒を減圧膨張させ、第二の冷媒間熱交換器の蒸発側入口へＤｓの状態で導入し、蒸発させて第二の冷媒間熱交換器の蒸発側出口からＥｓの状態で取り出す。熱交換の相手は、Ｃを通過した残りの主たる冷媒で、冷却されて第二の冷媒間熱交換器の凝縮側出口へＣ２の状態で送り出される。

そして、主たる冷媒は減圧膨張されてＤ２の状態で蒸発器へ入り、蒸発器出口Ｅを経て第二の冷媒間熱交換器の蒸発側出口Ｅｓの冷媒と合流して、圧縮機吸入Ａ２へ導かれる。

この時、サイクルはＡ２→Ｂ２→Ｃ→Ｃ２→Ｄ２→Ｅ→Ａ２の主たる冷媒の流れと、Ａ２→Ｂ２→Ｃ→Ｄｓ→Ｅｓ→Ａ２の副の冷媒の流れの２つが存在する。

主たる冷媒の流れは、経路が長くなる場合が多く圧力損失なども大きくなりやすいので、第二の冷媒間熱交換器を使用すると、主たる冷媒の流れの冷媒循環量が減り圧力損失が小さくなって運転効率の向上につながる。

また、副の冷媒の流れは、インジェクションサイクルを構成して、運転効率を向上させることも可能である。さらに、この副の冷媒の流れにおいては、蒸発開始からの冷熱を利用するため、冷媒間熱交換器の蒸発側の最低温度が図２の第一の冷媒間熱交換器のみ使用した場合では２２℃であったの対し図３では１４℃以下の温度を得ることができる。

ここで我々は、第一の冷媒間熱交換器あるいは第二の冷媒間熱交換器を単独使用するにとどまらず、第一の冷媒間熱交換器と第二の冷媒間熱交換器を組み合わせてサイクルを構成すれば、優れた効果を得ることができるとの考えに至った。

そこで、本開示では、冷媒を圧縮する圧縮機と、第一の送風手段により送られた空気と熱交換して前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、第二の送風手段により送られた空気と熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する空気調和機において、凝縮器より流出する冷媒を蒸発器を経由する主回路と蒸発器をバイパスするバイパス回路に分岐させる分岐部と、主回路とバイパス回路の冷媒を合流させる合流部と、凝縮器と蒸発器の間の冷媒を減圧膨張させる第一の絞り手段と、凝縮器と第一の絞り手段の間の冷媒と合流部と圧縮機の吸入との間の冷媒の間で熱交換を行う第一の冷媒間熱交換器と、を有し、バイパス回路においては、分岐部で分岐された冷媒を第二の絞り手段で減圧膨張させ、第二の冷媒間熱交換器で第一の冷媒間熱交換器の凝縮側出口より流出する冷媒との間で熱交換を行い、合流部で蒸発器から流れてきた冷媒と合流することを特徴とし、安価で運転効率に優れるとともに、快適性や信頼性に優れた空気調和機を提供する。

以下図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定する意図はない。

（実施の形態１）
以下、図１を用いて実施の形態１を説明する。
［１－１．構成］
図１において、実施の形態1の空気調和機の室外機１０１は、圧縮機１０２と、アキュームレータ１１３と、凝縮器である室外熱交換器１０４と、第一の送風手段である室外ファン１０５と、第一の絞り手段であるメイン膨張弁１０６と、バイパス回路と、第二の絞り手段であるサブ膨張弁１１０と、第一の冷媒間熱交換器１１４と、第二の冷媒間熱交換器１１１と、凝縮側入口温度検知手段１１７と、蒸発側出口温度検知手段１１８と、凝縮側中間温度検知手段１１９と、蒸発側中間温度検知手段１２０と、制御手段１２１を備えている。

室内機１０７は、蒸発器である室内熱交換器１０８と、第二の送風手段である室内ファン１０９を備える。

室外機１０１と室内機１０７は、液側接続口１１５およびガス側接続口１１６を介して配管接続されている。

実施の形態1において使用する冷媒は、具体的にはＲ４５４Ｃであり、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆやその混合冷媒であってもよい。混合冷媒は非共沸混合冷媒であってもよく、特にＲ１２３４ｙｆとＲ３２の混合冷媒であって、Ｒ１２３４ｙｆを重量比で７０％以上含む冷媒を使用するのが望ましい。

実施の形態1の冷媒回路は、アキュームレータ１１３と、圧縮機１０２と、室外熱交換器１０４、第一の冷媒間熱交換器１１４と、第二の冷媒間熱交換器１１１と、メイン膨張弁１０６、室内熱交換器１０８が冷媒配管で環状に接続されることで主回路が構成される。

バイパス回路は、室外熱交換器１０４より流出する冷媒の一部をバイパスして、圧縮機１０２の吸入側に導く配管である。バイパス回路は、一端が室外熱交換器１０４と第一の冷媒間熱交換器１１４との間の配管の分岐部１０３に接続され、他端が第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側出口と第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側入口との間の配管の合流部１１２に接続されている。分岐部１０３は、室外熱交換器１０４より流出する冷媒の一部を分岐するものであり、その設置位置は室外熱交換器１０４と第一の冷媒間熱交換器１１４との間、第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側出口と第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側入口との間、若しくは第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側出口とメイン膨張弁１０６との間のいずれに設けられてもよい。合流部１１２は、第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側出口より流出する冷媒と、室内熱交換器１０８より流出する冷媒とを合流させるものである。バイパス回路には、第二の絞り手段であるサブ膨張弁１１０が配置されており、分岐部１０３で分岐された冷媒を減圧膨張させる。サブ膨張弁１１０は、第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側入口の配管と接続されている。

第一の冷媒間熱交換器１１４および第二の冷媒間熱交換器１１１は、凝縮側の冷媒と蒸発側の冷媒との間で熱交換するものである。凝縮側の冷媒と蒸発側の冷媒の流れ方向は対向するように構成されている。

第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側入口は室外熱交換器１０４の出口と接続し、第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側出口は第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側入口と接続し、第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側入口は合流部１１２と接続し、第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側出口はアキュームレータ１１３と接続されている。

第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側入口は第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側出口と接続し、第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側出口はメイン膨張弁１０６と接続し、第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側入口はサブ膨張弁１１０と接続し、第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側出口は合流部１１２と接続されている。

圧縮機１０２は、冷媒配管から流入した冷媒を圧縮する。圧縮機１０２は、圧縮機用モータによって回転駆動し、圧縮機用モータはインバータによって周波数（回転数）を変更可能である。圧縮機１０２は、吸入側にアキュームレータ１１３からの冷媒配管が接続されており、吐出側に室外熱交換器１０４への冷媒配管が接続されている。

メイン膨張弁１０６の出口側は液側接続口１１５を経由して室内熱交換器１０８の入口へと接続されている。

凝縮側入口温度検知手段１１７は第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側入口における冷媒温度を、蒸発側出口温度検知手段１１８は第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側出口における冷媒温度を、凝縮側中間温度検知手段１１９は第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側入口における冷媒温度を、蒸発側中間温度検知手段１２０は第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側出口における冷媒温度を検知するよう設置されている。

制御手段１２１は、凝縮側入口温度検知手段１１７、蒸発側出口温度検知手段１１８、凝縮側中間温度検知手段１１９、蒸発側中間温度検知手段１２０の検知温度に基づいて、メイン膨張弁１０６とサブ膨張弁１１０の開度を制御する。

実施の形態１の空気調和機の構成は冷房専用であるが、冷暖兼用の構成においても同様の効果が得られることに変わりはない。

［１－２．動作］
以上のように構成された実施の形態１の空気調和機について、以下その動作、作用を説明する。

実施の形態１の空気調和機では、冷媒の流れる経路は主回路とバイパス回路の２つあり、図４の実施の形態１の冷凍サイクルの状態を示すＲ４５４Ｃのモリエル線図を用いて説明する。

主回路は、圧縮機１０２の吸入（Ａ４２）→圧縮機１０２の吐出（Ｂ４２）→室外熱交換器１０４出口（Ｃ）→第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側出口（Ｃ４１）→第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側出口（Ｃ４２）→メイン膨張弁１０６→室内熱交換器１０８入口（Ｄ４２）→室内熱交換器１０８出口（Ｅ）→第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側入口（Ｅ４）→圧縮機１０２の吸入（Ａ４２）である。

バイパス回路は、圧縮機１０２の吸入（Ａ４２）→圧縮機１０２の吐出（Ｂ４２）→室外熱交換器１０４出口（Ｃ）→サブ膨張弁１１０→第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側入口（Ｄ４ｓ）→第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側出口（Ｅ４ｓ）→第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側入口（Ｅ４）→圧縮機１０２の吸入（Ａ４２）である。

第一の冷媒間熱交換器１１４では、凝縮側では室外熱交換器１０４を出た冷媒をＣの状態からＣ４１の状態まで冷却するとともに、蒸発側では室内熱交換器１０８および第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側から流入した冷媒をＥ４の状態からＡ４２まで加熱する。

第二の冷媒間熱交換器では、凝縮側では第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側を出た冷媒をＣ４１の状態からＣ４２の状態に冷却するとともに、蒸発側では室外熱交換器１０４を出た冷媒の一部をサブ膨張弁１１０で減圧膨張させて、Ｄ４ｓの状態からＥ４ｓの状態まで加熱する。

第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側では蒸発後（場合によっては蒸発後半）の冷媒を利用しているのに対して、第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側では蒸発開始からの冷媒を利用しているので、同じ圧力であれば得られる冷媒の最低温度は第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側の方が低くなる。

従って、室外熱交換器１０４を出た冷媒を冷却する順序としては実施の形態1のように、最初に第一の冷媒間熱交換器１１４で冷却し、次に第二の冷媒間熱交換器１１１で冷却することで、図４のＣ→Ｃ４１→Ｃ４２のように連続して効率よく冷媒の熱交換を行うことができる。

ここで、第一の冷媒間熱交換器１１４のみの利用で冷媒の熱交換量を増やそうと第一の冷媒間熱交換器１１４を大きくしても、蒸発側の冷媒温度はＥの２２℃から変わらないのでＣ４１の冷媒温度は２２℃を下まわることはない。

また、第一の冷媒間熱交換器１１４、第二の冷媒間熱交換器１１１において、凝縮側の冷媒の流れと、蒸発側の冷媒の流れは図１に示すように互いに対向するように構成すると熱交換効率が良くなり、それぞれの冷媒間熱交換器を小さくすることができる。

また、実施の形態１では冷媒として非共沸混合冷媒のＲ４５４Ｃを使用しており、温度滑りを有するために冷媒の温度から凝縮温度や蒸発温度を推定することは難しく、目標とする圧縮機吸入や吐出の冷媒の過熱度を設定して膨張弁開度を制御するのは困難である。圧力センサを用いて凝縮温度や蒸発温度を推定することは可能であるがコストの増加などが懸念される。

実施の形態１では、凝縮側入口温度検知手段１１７、蒸発側出口温度検知手段１１８、凝縮側中間温度検知手段１１９、蒸発側中間温度検知手段１２０の検知温度を用いて、制御手段１２１がメイン膨張弁１０６およびサブ膨張弁１１０の開度を適切に制御する。

メイン膨張弁１０６の制御においては、メイン膨張弁１０６の開度が、十分大きい状態から小さくしていくと、蒸発側出口温度検知手段１１８の検出温度は、ほとんど変化しない状態あるいは緩やかに低下する傾向から上昇に転じる。（気液二相状態から気相状態に転じると急な上昇をする。）凝縮側入口温度検知手段１１７、蒸発側出口温度検知手段１１８の検知温度の温度差が所定の値の時に最もよい運転性能を示す。

Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２等の冷媒を使用している場合、蒸発側出口温度検知手段１１８の検出温度が急上昇を始めたあたりが最も運転性能が良くなるため、蒸発側出口温度検知手段１１８の検出温度の変化に基づき、メイン膨張弁１０６の開度を調整することもできる。

Ｒ１２３４ｙｆあるいはＲ４５４ＣなどのＲ１２３４ｙｆを７０％以上含む混合冷媒では、圧縮機１０２の吸入側の冷媒温度は、凝縮側入口温度検知手段１１７が検出した冷媒温度に近いほうが運転性能は高くなる。

サブ膨張弁１１０の制御においては、サブ膨張弁１１０の開度が、十分大きい状態から小さくしていくと、蒸発側中間温度検知手段１２０の検出温度は、ほとんど変化しない状態あるいは緩やかに低下する傾向から上昇に転じる。（気液二相状態から気相状態に転じると急な上昇をする。）凝縮側中間温度検知手段１１９、蒸発側中間温度検知手段１２０の検知温度の温度差が所定の値の時に最もよい運転性能を示す。

温度差の所定の値の具体的な例を挙げると、Ｒ４５４Ｃを冷媒として使用し、凝縮器側空気の乾球温度３５℃、湿球温度２４℃、蒸発器側空気の乾球温度２７℃、湿球温度１９℃の条件において、十分大きな能力の冷媒間熱交換器を使用した場合、能力などに応じて３℃～６℃凝縮側入口温度が高くなり、能力が小さめの冷媒間熱交換器を使用した場合６℃～１５℃凝縮側入口温度が高くなる。

また、凝縮側入口温度検知手段１１７の検出温度と蒸発側出口温度検知手段１１８の検出温度の最適な温度差の所定の値、凝縮側中間温度検知手段１１９の検知温度と蒸発側中間温度検知手段１２０の検知温度の最適な温度差の所定の値は、圧縮機１０２の回転数、室内ファン１０９の回転数などにより変化する。これらの最適な温度差の所定の値は、圧縮機１０２または室内ファン１０９の回転数に基づき決定されてもよい。

なお、図1に示す実施の形態１の空気調和機は冷房専用となっているが、暖房も行う空気調和機であっても同様の効果を得ることができる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態における空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機１０２と、第一の送風手段である室外ファン１０５により送られた空気と熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器である室外熱交換器１０４と、第二の送風手段である室内ファン１０９により送られた空気と熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器である室内熱交換器１０８とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する空気調和機において、室外熱交換器１０４より流出する冷媒を室内熱交換器１０８を経由する主回路と室内熱交換器１０８をバイパスするバイパス回路に分岐させる分岐部１０３と、主回路とバイパス回路の冷媒を合流させる合流部１１２と、室外熱交換器１０４と室内熱交換器１０８の間の冷媒を減圧膨張させる第一の絞り手段であるメイン膨張弁１０６と、室外熱交換器１０４とメイン膨張弁１０６の間の冷媒と合流部１１２と圧縮機１０２の吸入との間の冷媒との間で熱交換を行う第一の冷媒間熱交換器１１４と、を有し、バイパス回路においては、分岐部１０３で分岐された冷媒を第二の絞り手段であるサブ膨張弁１１０で減圧膨張させ、第二の冷媒間熱交換器１１１で第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側出口より流出する冷媒との間で熱交換を行い、合流部１１２で室内熱交換器１０８から流れてきた冷媒と合流する構成である。

これにより、蒸発終盤の冷媒で冷却する第一の冷媒間熱交換器１１４よりも、冷媒が液状態から蒸発する第二の冷媒間熱交換器１１１のほうが冷媒の最低蒸発温度は低くなり、高圧側の冷媒を最も低い温度まで冷却することが可能となって、高価なインジェクション圧縮機を使わない安価で高性能の空気調和機を提供することができる。

また、第二の冷媒間熱交換器１１１を出た低圧側の冷媒は、第一の冷媒間熱交換器１１４において再度吸熱する機会が得られ、第二の冷媒間熱交換器１１１から圧縮機へ液冷媒が戻るのを防ぎ安定した運転が可能となって、信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

また、本実施の形態において、冷媒は非共沸混合冷媒であってもよい。

これにより、第一の冷媒間熱交換器１１４および第二の冷媒間熱交換器１１１が、非共沸混合冷媒の温度滑りという特性の欠点を補い、安価かつ高性能で快適性や信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

また、本実施の形態において、第一の冷媒間熱交換器１１４が、室外熱交換器１０４より流入する冷媒と合流部１１２より流入する冷媒の流れが対向するよう構成されてもよい。

これにより、第一の冷媒間熱交換器１１４の冷媒の熱交換効率を向上させ、熱交換量の増大と高圧側の冷媒温度の低下をもたらし、安価かつ高性能で快適性や信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

また、本実施の形態において、第二の冷媒間熱交換器１１１が、第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側出口より流入する冷媒とサブ膨張弁１１０より流入する冷媒の流れが対向するよう構成されてもよい。

これにより、第二の冷媒間熱交換器１１１の冷媒の熱交換効率を向上させ、熱交換量の増大と高圧側の冷媒温度の低下をもたらし、安価かつ高性能で快適性や信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

また、本実施の形態において空気調和機は、メイン膨張弁１０６を調整する制御手段１２１と、第一の冷媒間熱交換器１１４の凝縮側入口の冷媒温度を検知する凝縮側入口温度検知手段１１７と、第一の冷媒間熱交換器１１４の蒸発側出口の冷媒温度を検知する蒸発側出口温度検知手段１１８と、とをさらに有し、制御手段１２１は、凝縮側入口温度検知手段１１７の検知した冷媒温度と蒸発側出口温度検知手段１１８が検知した冷媒温度の情報を用いて、凝縮側入口冷媒温度と蒸発側出口冷媒温度の温度差が所定の値となるようメイン膨張弁１０６を調整してもよい。

これにより、メイン膨張弁１０６の制御を容易に行うことが可能となり、精度の向上、制御ソフトの軽量化、開発時の作業軽減が可能となり、精度が高く安価な装置を実現できる。特にＲ４５４Ｃのように非共沸混合冷媒の場合には、圧力センサなどを用いて冷媒の過熱度を算出しなくてもよくなるので、安価で性能の良い空気調和機を提供することができる。

また、本実施の形態において空気調和機は、サブ膨張弁１１０を調整する制御手段１２１と、第二の冷媒間熱交換器１１１の凝縮側入口の冷媒温度を検知する凝縮側中間温度検知手段１１９と、第二の冷媒間熱交換器１１１の蒸発側出口の冷媒温度を検知する蒸発側中間温度検知手段１２０と、をさらに有し、制御手段１２１は、凝縮側中間温度検知手段１１９の検知した冷媒温度と蒸発側中間温度検知手段１２０が検知した冷媒温度の情報を用いて、凝縮側中間冷媒温度と蒸発側中間冷媒温度の温度差が所定の値となるようサブ膨張弁１１０を調整してもよい。

これにより、サブ膨張弁１１０の制御を容易に行うことが可能となり、精度の向上、制御ソフトの軽量化、開発時の作業軽減が可能となり、精度が高く安価な装置を実現できる。特にＲ４５４Ｃのように非共沸混合冷媒の場合には、圧力センサなどを用いて冷媒の過熱度を算出しなくてもよくなるので、安価で性能の良い空気調和機を提供することができる。

また、本実施の形態において空気調和機は、凝縮側入口温度検知手段１１７と蒸発側出口温度検知手段１１８の検知温度の差の所定の値および／または凝縮側中間温度検知手段１１９と蒸発側中間温度検知手段１２０の検知温度の差の所定の値が、圧縮機１０２および／または室内ファン１０９の回転数に基づいて調整してもよい。

これにより、メイン膨張弁１０６および／またはサブ膨張弁１１０の目標設定を運転状態に応じて行うことが可能となり、適切な絞り制御を実現することが可能となり、常に運転効率の良い装置を実現することができる。

また、本実施の形態において、冷媒がＲ１２３４ｙｆとＲ３２の混合冷媒であって、Ｒ１２３４ｙｆが重量比で７０％以上であってもよい。

これにより、温暖化影響を低減することができ、安価かつ高性能で快適性や信頼性の高い空気調和機を提供することができる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するための物であるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、冷媒を使用する空気調和機に広く適用可能であり、とりわけＲ１２３４ｙｆを重量比で７０％以上含む冷媒を使用する場合に大きな効果をもたらすものである。具体的には、ルームエアコンや、自動販売機やショーケースなどにも広く適用可能である。

１０１ 室外機
１０２ 圧縮機
１０３ 分岐部
１０４ 室外熱交換器
１０５ 室外ファン
１０６ メイン膨張弁
１０７ 室内機
１０８ 室内熱交換器
１０９ 室内ファン
１１０ サブ膨張弁
１１１ 第二の冷媒間熱交換器
１１２ 合流部
１１３ アキュームレータ
１１４ 第一の冷媒間熱交換器
１１５ 液側接続口
１１６ ガス側接続口
１１７ 凝縮側入口温度検知手段
１１８ 蒸発側出口温度検知手段
１１９ 凝縮側中間温度検知手段
１２０ 蒸発側中間温度検知手段
１２１ 制御手段

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、第一の送風手段により送られた空気と熱交換して前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、第二の送風手段により送られた空気と熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成する空気調和機において、
   前記凝縮器より流出する冷媒を前記蒸発器を経由する主回路と前記蒸発器をバイパスするバイパス回路に分岐させる分岐部と、
   前記主回路と前記バイパス回路の冷媒を合流させる合流部と、
   前記凝縮器と前記蒸発器の間の冷媒を減圧膨張させる第一の絞り手段と、
   前記凝縮器と前記第一の絞り手段の間の冷媒と前記合流部と前記圧縮機の吸入の間の冷媒の間で熱交換を行う第一の冷媒間熱交換器と、を有し、
   バイパス回路においては、前記分岐部で分岐された冷媒を第二の絞り手段で減圧膨張させ、第二の冷媒間熱交換器で前記第一の冷媒間熱交換器の凝縮側出口より流出する冷媒との間で熱交換を行い、前記合流部で前記蒸発器から流れてきた冷媒と合流することを特徴とする空気調和機。
2. 前記冷媒が非共沸混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記第一の冷媒間熱交換器は、前記凝縮器より流入する冷媒と前記合流部より流入する冷媒の流れが対向するよう構成されたことを特徴とする請求項１、２に記載の空気調和機。
4. 前記第二の冷媒間熱交換器は、前記第一の冷媒間熱交換器の凝縮側出口より流入する冷媒と前記第二の絞り手段より流入する冷媒の流れが対向するよう構成されたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和機。
5. 前記第一の絞り手段を調整する制御手段と、前記第一の冷媒間熱交換器の凝縮側入口の冷媒温度を検知する凝縮側入口温度検知手段と、前記第一の冷媒間熱交換器の蒸発側出口の冷媒温度を検知する蒸発側出口温度検知手段と、をさらに有し、
   前記制御手段は、前記凝縮側入口温度検知手段の検知した冷媒温度と前記蒸発側出口温度検知手段が検知した冷媒温度の情報を用いて、凝縮側入口冷媒温度と蒸発側出口冷媒温度の温度差が所定の値となるよう前記第一の絞り手段を調整することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和機。
6. 前記第二の絞り手段を調整する制御手段と、前記第二の冷媒間熱交換器の凝縮側入口の冷媒温度を検知する凝縮側中間温度検知手段と、前記第二の冷媒間熱交換器の蒸発側出口の冷媒温度を検知する蒸発側中間温度検知手段と、をさらに有し、
   前記制御手段は、前記凝縮側中間温度検知手段の検知した冷媒温度と前記蒸発側中間温度検知手段が検知した冷媒温度の情報を用いて、凝縮側中間冷媒温度と蒸発側中間冷媒温度の温度差が所定の値となるよう前記第二の絞り手段を調整することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の空気調和機。
7. 前記所定の値が、前記圧縮機の回転数に基づいて決定されることを特徴とする請求項５、６に記載の空気調和機。
8. 前記冷媒がＲ１２３４ｙｆとＲ３２の混合冷媒であって、Ｒ１２３４ｙｆが重量比で７０％以上であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の空気調和機。

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