JP4006679B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍サイクルを用いた、冷却機能および除湿機能を有する空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の空気調和機としては、例えば特公平７−３５９１７号公報に開示されたものが知られている。かかる公報開示の空気調和機は、図５に示すように、圧縮機１と、凝縮器２と、再熱器３と、絞り装置２１と、蒸発器４とを冷媒配管１３，１４を介して順次環状に連結した除湿回路を備えている。この除湿回路において、除湿時に、蒸発器用送風機１２から蒸発器４に送られて冷やされた空気はその後再熱器３へ送風されて加熱されるようになっている。そして、凝縮器２と蒸発器４の間の冷媒配管１３には、再熱器３および逆止弁１７を迂回する第１バイパス配管２２が並列接続されている。冷媒配管１３と第１バイパス配管２２との分岐部２３に、除湿運転時には冷媒流路を再熱器３側へ切換え冷却運転時には冷媒流路を第１バイパス配管２２側へ切換える冷媒流路切換装置２５が設けられている。冷媒流路切換装置２５は除湿運転用第１電磁弁８と冷却運転用第１電磁弁９から構成されている。第１バイパス配管２２および冷媒配管１３の合流部２４と絞り装置２１の間には比較的大容量の液溜２７が配備されている。また、符号１０は冷媒分配用の分配器、１１は凝縮器用送風機、１５は室外機、１６は室内機である。
従来の空気調和機は以上のように構成されているので、冷却運転時において、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器２で凝縮されて液冷媒となり、冷媒配管１３を経て室内機１６へ搬送される。一方、除湿運転時に、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器２でほとんど状態変化することなく高圧高温のガス冷媒として冷媒配管１３を経て室内機１６に搬送されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気調和機において、上述のように運転モードが変更されたとき冷媒配管１３中を通過する冷媒質量が急変するため、蒸発器４入口の絞り装置２１の手前に、大形の液溜２７を設けて冷媒量の変動を吸収する必要があった。
また、上述のように、冷却運転中に室外機１５から室内機１６へは液冷媒として搬送されるため、絶対的に多量の冷媒が必要となる。そのうえ、絞り装置２１に安定した量の液冷媒を供給するためには、冷却運転中も液溜２７内に液冷媒を滞留させておく必要があった。
ところで、通常は蒸発器４における冷媒分配を良くするため、蒸発器４入口の分配器１０で流量抵抗を与えている。しかしながら、再熱器３は蒸発器４で冷却された空気により冷やされるので、冷却運転時に蒸発器４の入口圧力に対し、再熱器３内部の飽和圧力が等しいか或いは小さくなることがある。そのため、再熱器３に冷媒が滞留或いは逆流することがあり、冷却運転時における必要冷媒量の増大を助長させる一因となっていた。
また、上述のように冷媒量が多くなることに伴い、停止時に圧縮機１内に冷媒が滞留したことに起因する起動時液圧縮による圧縮機損傷や、同じく起動時に圧縮機１内の冷媒の発泡により冷凍機油が急激に持ち出されることによる圧縮機損傷の原因となる場合があり、信頼性の確保が困難であった。
他方で、再熱器３に冷媒が滞留していない場合は、冷却運転から除湿運転に切替える際に一時的に冷凍サイクル内の冷媒循環量が不足し、圧縮機１内部のモータ冷却不足による故障や圧縮不良の原因となることがあった。
【０００４】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、信頼性が高く必要冷媒量が少なくて済む冷却機能および除湿機能付きの空気調和機を得ることを目的とする。また、液溜を不要もしくは小形の液溜を適用可能にして低コストの空気調和機を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る空気調和機は、圧縮機と、凝縮器と、再熱器と、除湿運転用絞り装置と、蒸発器とを冷媒配管を介し順次環状に連結して除湿回路を形成し、蒸発器で冷やした空気を再熱器へ送風するようにした空気調和機であって、凝縮器と蒸発器の間の除湿回路に、再熱器と除湿運転用絞り装置を迂回する第１バイパス配管を並列接続し、除湿回路と第１バイパス配管との分岐部または合流部に、除湿運転時には冷媒流路を除湿回路へ切換え冷却運転時には冷媒流路を第１バイパス配管へ切換える冷媒流路切換装置を設け、第１バイパス配管の分岐部と凝縮器の間の除湿回路に、除湿運転時に開き冷却運転時に閉じる除湿運転用第１電磁弁を設け、除湿運転用第１電磁弁を迂回する第２バイパス配管を除湿回路に並列接続し、第２バイパス配管に冷却運転用絞り装置を設けた構成にしてある。そして、冷媒流路切換装置を、除湿運転時に再熱器へ冷媒を流通させる除湿運転用第２電磁弁と、冷却運転時に第１バイパス配管へ冷媒を流通させる冷却運転用第１電磁弁とから構成し、除湿運転に際し前記除湿運転用第２電磁弁を開いたのち前記冷却運転用第１電磁弁を所定時間遅らせて閉じるように制御する制御装置を備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳しく説明する。
発明の実施の形態１．
図１はこの発明の実施形態１に係る空気調和機の冷凍サイクル図を示している。図において、実施形態１による空気調和機では、圧縮機１と、凝縮器２と、再熱器３と、除湿運転用絞り装置６と、蒸発器４とが冷媒配管１３，１４を介して順次環状に連結されることにより、除湿回路３０が形成されている。この例において、除湿回路３０の冷媒配管は圧縮機１の吐出側から蒸発器４の入側までを冷媒配管１３とし、蒸発器４の出側から圧縮機１の吸込側までを冷媒配管１４とする。
凝縮器２と蒸発器４の間の冷媒配管１３には、再熱器３と除湿運転用絞り装置６を迂回する第１バイパス配管２２が並列接続されている。冷媒配管１３と第１バイパス配管２２との分岐部２３には、除湿運転時に冷媒流路を再熱器３側へ切換え、冷却運転時に冷媒流路を第１バイパス配管２２側へ切換える冷媒流路切換装置２５が設けられている。冷媒流路切換装置２５は、分岐部２３と再熱器３の間に設けられた除湿運転用第１電磁弁８と、第１バイパス配管２２に設けられた冷却運転用第１電磁弁９とから構成されている。
凝縮器２と分岐部２３の間の冷媒配管１３には、除湿運転時に開き冷却運転時に閉じる除湿運転用第１電磁弁７が設けられている。そして、除湿運転用第１電磁弁７を迂回する第２バイパス配管２６が冷媒配管１３に並列接続され、この第２バイパス配管２６に冷却運転用絞り装置５が配備されている。また、除湿運転用第２電磁弁８と冷却運転用第１電磁弁９を所定の動作に制御する制御装置２９を備えている。残りの符号について、１０は分配器、１１は凝縮器用送風機、１５は室外機、１６は室内機を示している。
【００１１】
この実施形態１による空気調和機の動作について図２の動作フローチャートに沿って説明する。
まず、空気調和機の運転スイッチがＯＮにされると（Ｓ１）、蒸発器用送風機１２と圧縮機１が起動される（Ｓ２）。そして、「冷却運転」が選択されると（Ｓ３で冷却）、除湿運転用第１電磁弁７と除湿運転用第２電磁弁８が閉にされ（Ｓ４、Ｓ５）、冷却運転用第１電磁弁９が開にされ（Ｓ６）、凝縮器用送風機１１が運転される（Ｓ７）。
これにより、冷媒は図１の圧縮機１から吐出されて凝縮器２に送られ、室外空気を加熱することにより凝縮される。除湿運転用第１電磁弁７は閉じているので、前記の冷媒は第２バイパス配管２６の冷却運転用絞り装置５により減圧され、低圧低温の気液混合冷媒となる。この冷媒は冷媒配管１３を経て室内機１６に入った後、分岐部２３、冷却運転用第２電磁弁９、第１バイパス配管２２、合流部２４、分配器１０を経て蒸発器４に送られて室内空気を冷却除湿する。蒸発器４内で冷媒は蒸発し、再び圧縮機１に戻る。
【００１２】
一方、Ｓ３において「除湿運転」が選択されると、除湿運転用第１電磁弁７と除湿運転用第１電磁弁８が開にされる（Ｓ８、Ｓ９）。この除湿運転用第２電磁弁８を開にした直後、再熱器３内は冷媒が希薄であり、下流にある除湿運転用絞り装置６まで冷媒は供給されない。
そこで、制御装置２９は、除湿運転用第２電磁弁８を開いたのち所定時間（この例では３０秒間）の経過を待つ（Ｓ１０）。これにより、冷却運転用電磁弁９はしばらく（３０秒間）開状態を維持しており、分配器１０や蒸発器４への冷媒供給は維持される。やがて、再熱器３、更には除湿運転用絞り装置６へと冷媒が十分に供給され、その後、冷却運転用第２電磁弁９が閉にされる（Ｓ１１）。そして、凝縮器用空気調和機１１が停止される（Ｓ１２）。
この「除湿運転」において、図１の圧縮機１で圧縮された冷媒は凝縮器２に送られるが、このとき凝縮器用送風機１１は停止、除湿運転用第１電磁弁７は開となっているので、圧縮機１から出た高圧高温のガス冷媒は凝縮器２でほとんど状態変化することなく室内機１６に送られる。この高圧高温のガス冷媒は除湿運転用第２電磁弁８を経て再熱器３で凝縮された後に、除湿運転用絞り装置６により減圧され低圧低温の気液混合冷媒となる。そして、この気液混合冷媒は蒸発器４に送られて蒸発した後、再び圧縮機１に戻る。一方、蒸発器用送風機１２から送られて蒸発器４で冷却除湿された室内空気は、更に再熱器３へ送られ加熱されて常温の乾燥空気となる。
【００１３】
本実施形態の空気調和機の冷媒は、上述のように、冷却運転時に室外機１５側の冷却運転用絞り装置５で「気液混合状態」にされたのちに室内機１６へ送られる一方、除湿運転時には高圧高温のガス状態で室内機１６へ送られる。従って、冷媒配管１３を通過する冷媒は、従来技術のように液冷媒からガス冷媒へと状態が大きく変わることがない。これにより、運転モードの変更時に冷媒質量の変動が小さくて済み、冷凍サイクルにおける必要冷媒量を少なくすることができる。すなわち、従来技術のような液溜２７（図５）を省略することが可能となる。
【００１４】
発明の実施の形態２．
図３はこの発明の実施形態２に係る空気調和機の冷凍サイクル図を示している。この実施形態２の空気調和機は、先述した実施形態１の空気調和機とほぼ同じ基本構成である。
そして、実施形態２の構成が実施形態１と異なるところは、再熱器３と除湿運転用絞り装置６の間の冷媒配管１３に液溜１８を設けたこと、再熱器３と第１バイパス配管２２の合流部２３の間の冷媒配管１３に、第１バイパス配管２２の合流部２３へ向かう方向にのみ冷媒の流通を許容する逆止弁１７を設けたこと、第１バイパス配管２２の分岐部２３と再熱器３の間の冷媒配管１３と、蒸発器４出側の冷媒配管１４とを、減圧用毛細管２０を有する冷媒配管２８で接続したこと、第２バイパス配管２６に冷却運転用第２電磁弁１９を設けたこと、および、複数台の凝縮器２，２，・・・を並列に接続したことである。
【００１５】
次に、実施形態２による空気調和機の動作について図４の動作フローチャートに沿って説明する。尚、この実施形態２において、Ｓ１〜Ｓ３と、冷却運転のＳ４〜Ｓ６，Ｓ７と、除湿運転のＳ８，Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１２は実施形態１の動作（図２）と同じである。また、説明は省略するが、実施形態１で述べたような制御装置２９の機能を持たせることもできる。
「冷却運転」（Ｓ３の冷却）時には、Ｓ１〜Ｓ７の動作に加えて、冷却運転用第１電磁弁１９が開にされる（Ｓ６ａ）。そこで、図１の圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器２に送られ室外空気を加熱することにより凝縮される。このとき、除湿運転用第１電磁弁７は閉じ、冷却運転用第１電磁弁１９は開になっているので、凝縮器２からの冷媒は冷却運転用絞り装置５により減圧されて低圧低温の気液混合冷媒となる。この冷媒は冷媒配管１３を経て室内機１６に入った後、冷却運転用第２電磁弁９および第１バイパス配管２２を経て、分配器１０により減圧、分流された後に蒸発器４に送られ、室内空気を冷却除湿する。蒸発器４内で冷媒は蒸発し、再び圧縮機１に戻ってくる。
【００１６】
再熱器３は蒸発器４を通過した空気により冷却されるため、再熱器３の内部圧力はその空気の飽和圧力相当まで下がる。しかしながら、この空気調和機では、再熱器３の内部圧力が分配器１０の入口圧力より低くなった場合でも、逆止弁１７の存在により再熱器３内に冷媒が逆流することは無い。また、再熱器３内に滞留していた冷媒は蒸発器４下流に設けられた減圧用毛細管２０を経て、圧縮機１により徐々に吸引されて抜き取られる。従って、再熱器３内に冷媒が滞留しにくくなり、これによって冷凍サイクルにおける必要冷媒量を少なくすることができる。
【００１７】
一方、「除湿運転」時においては（Ｓ３の除湿）、冷却運転用第２電磁弁１９が閉にされる（Ｓ１１ａ）。図１の圧縮機１から吐出された高圧高温のガス冷媒は凝縮器２でほとんど状態変化することなく、冷媒配管１３の除湿運転用第１電磁弁７を経て室内機１６に送られる。そして、この高圧高温のガス冷媒は除湿運転用第２電磁弁８を経て、再熱器３に送られ凝縮される。再熱器３からの冷媒は逆止弁１７を経て液溜１８に至る。このときの余剰冷媒量は液溜１８で吸収される。そして、液溜１８の冷媒は除湿運転用絞り装置６により減圧され低圧低温の気液混合冷媒となる。この冷媒は分配器１０を経て蒸発器４に送られ蒸発した後、再び圧縮機１に戻る。一方、蒸発器４で冷却除湿された室内空気は、更に再熱器３で加熱されて常温の乾燥空気となる。
【００１８】
尚、上記の各実施形態では、冷媒流路切換装置２５（除湿運転用第２電磁弁８と冷却運転用第１電磁弁９）を分岐部２３に設けたが、本発明の冷媒流路切換装置は、除湿運転用第２電磁弁８と冷却運転用第１電磁弁９を合流部２４の近傍に設けたり、或いは個々の電磁弁８，９を分岐部２３と合流部２４とに分散して配備しても構わない。
或いは、本発明の冷媒流路切換装置として３方切換弁を採用し、この３方切換弁を冷媒配管１３と第１バイパス配管２２との分岐部２３または合流部２４に配備してもよい。
そして、室内空気温度に応じて凝縮器用送風機１１からの送風を受ける凝縮器２の台数を変えるようにすることにより、再熱器３からの加熱によって室内空気温度が上がり過ぎるといった不具合を解消することができ、室内空気を一定の温度に保持できる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、冷却運転時の必要冷媒量を少なくでき、除湿運転時の余剰冷媒量も少なくすることができる。従って、従来技術で用いていた大型の液溜を省略したり或いは小容量化することが可能となり、製造コストを抑え、かつ、信頼性の高い空気調和機が得られる。また、除湿運転に際し冷却運転用第１電磁弁の閉止タイミングを遅らせるようにしたので、除湿運転初期における蒸発器への冷媒不足を解消することができる。従って、十分な冷却除湿能力が得られるとともに、高信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態２に係る空気調和機の冷凍サイクル図である。
【図２】 実施形態１の空気調和機の動作を示すフローチャートである。
【図３】 この発明の実施形態２に係る空気調和機の冷凍サイクル図である。
【図４】 実施形態２の空気調和機の動作を示すフローチャートである。
【図５】 従来の空気調和機の冷凍サイクル図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 再熱器、４ 蒸発器、５ 冷却運転用絞り装置、６ 除湿運転用絞り装置、７ 除湿運転用第１電磁弁、８ 除湿運転用第２電磁弁、９ 冷却運転用第１電磁弁、１０ 分配器、１１ 凝縮器用送風機、１２蒸発器用送風機、１３ 冷媒配管、１４ 冷媒配管、１５ 室外機、１６ 室内機、１７ 逆止弁、１８ 液溜、１９ 冷却運転用第２電磁弁、２０ 減圧用毛細管、２２ 第１バイパス配管、２３ 分岐部、２４ 合流部、２５ 冷媒流路切換装置、２６ 第２バイパス配管、２８ 冷媒配管、２９ 制御装置、３０除湿回路。

Claims (1)

1. 圧縮機と、凝縮器と、再熱器と、除湿運転用絞り装置と、蒸発器とを冷媒配管を介し順次環状に連結して除湿回路を形成し、前記蒸発器で冷やした空気を前記再熱器へ送風するようにした空気調和機であって、
   前記凝縮器と前記蒸発器の間の除湿回路に、前記再熱器と前記除湿運転用絞り装置を迂回する第１バイパス配管を並列接続し、
   前記除湿回路と前記第１バイパス配管との分岐部または合流部に、除湿運転時には冷媒流路を前記除湿回路へ切換え冷却運転時には冷媒流路を前記第１バイパス配管へ切換える冷媒流路切換装置を設け、前記第１バイパス配管の分岐部と前記凝縮器の間の除湿回路に、除湿運転時に開き冷却運転時に閉じる除湿運転用第１電磁弁を設け、前記除湿運転用第１電磁弁を迂回する第２バイパス配管を前記除湿回路に並列接続し、前記第２バイパス配管に冷却運転用絞り装置を設け、
   前記冷媒流路切換装置を、除湿運転時に再熱器へ冷媒を流通させる除湿運転用第２電磁弁と、冷却運転時に第１バイパス配管へ冷媒を流通させる冷却運転用第１電磁弁とから構成し、除湿運転に際し前記除湿運転用第２電磁弁を開いたのち前記冷却運転用第１電磁弁を所定時間遅らせて閉じるように制御する制御装置を備えたことを特徴とする空気調和機。

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