| 【発明の名称】 |
ヒートポンプ式空気調和機 |
| 【発明者】 |
【氏名】石羽根 久平
【氏名】小国 研作
【氏名】遠藤 剛
【氏名】坪江 宏明
【氏名】浦田 和幹
【氏名】蝿田 芳夫
【氏名】山田 眞一朗
【氏名】竹中 寛
|
| 【要約】 |
【課題】冷凍サイクル中に比較的多量の水分が混入した場合でも、水分除去器の機能が十分に発揮され、水分除去器内に充填される吸湿剤が摩耗しにくい等信頼性の高いヒートポンプ式空気調和機を得る。
【解決手段】圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器８、膨脹装置４、および利用側熱交換器３を備えた冷凍サイクルを有するヒートポンプ式空気調和機において、熱源側熱交換器８と膨張装置４を接続する主配管の途中から分岐して水分除去器１０を介する主配管１９のバイパス回路１１を設置し、該バイパス回路の管径を主配管と同じ径、または大きい径の配管とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、膨脹装置、および利用側熱交換器を備えた冷凍サイクルを有するヒートポンプ式空気調和機において、熱源側熱交換器と膨張装置を接続する主配管の途中から分岐して水分除去器を介する主配管のバイパス回路を設置し、該バイパス回路の管径を主配管と同じ径、または大きい径の配管としたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項２】圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、膨脹装置、および利用側熱交換器を備えた冷凍サイクルを有し、前記圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器および室外機用膨張装置を備えた室外機と、利用側熱交換器および室内機用膨張装置等を備えた室内機を有するヒートポンプ式空気調和機において、室外機用膨張装置と室内機用膨張装置の間の主配管途中から分岐して、水分除去器を介する主配管のバイパス回路を設置し、該バイパス回路の管径を主配管と同じ径、または大きい径の配管としたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に関し、特に冷凍サイクル中に混入した水分を除去するものに好適である。
【０００２】
【従来の技術】冷凍サイクル中の水分を除去するために、凝縮器と膨張弁の間の主配管である液ラインに水分除去器を設け、さらに主配管より小径の水分除去器バイパス管路を設けることが、例えば特開平８−７５３２１号公報に記載されているように知られている。また、特願平７−４５３９５号公報には、冷凍サイクルの液ラインに水分除去器を設け、その水分除去器をバイパスする管路にストップバルブを介して設けた構成が記載されている。
【０００３】冷凍サイクル中には、冷凍空調装置据え付け施工時に室内機と室外機の接続配管等から水分が混入する場合がある。また、圧縮機軸受等の潤滑のために封入される冷凍機油には、水分が含まれる場合がある。冷凍サイクル中の水分が多くなると、水分が凍結して膨張装置が閉塞状態になり能力不足等が発生したり、冷凍機油の劣化等がおこる。このため、冷凍空調装置には水分除去器が備え付けられる場合がある。
【０００４】また、冷凍空調装置に用いられる作動媒体として、従来からＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）系フロンやＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）系フロンが用いられてきた。しかし、これらのフロンはオゾン破壊の原因となるため、、近年その代替冷媒としてＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系フロンが用いられるようになってきた。このＨＦＣ系フロンを用いる冷凍空調装置には、ＨＣＦＣ系フロン等を冷媒とする冷凍空調装置に用いられてきた鉱油は、ＨＦＣ系冷媒との相溶性が悪い等の問題があるため、ＨＦＣ系冷媒との相溶性がよいエーテル油、および、エステル油が用いられている。これらの冷凍機油は吸湿性が高く、この冷凍機油を介して従来より多くの水分が冷凍サイクル中へ混入する危険性がある。このようなことからも水分除去が重要となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】冷凍サイクル中に水分が混入すると、運転条件によっては水和物の生成や水分の凍結等が発生し、これが冷凍サイクルの膨張装置等を詰まらせて正常な運転が出来なくなる場合がる。また、冷凍機油の劣化が促進されて圧縮機における潤滑不良が起こり性能低下や、極端な場合には圧縮機の焼損事故等に至る場合がある。このため、水分除去器を取り付ける場合には、水分が十分に除去できるように水分除去器を設計し、その機能が十分に発揮されるように使うことが重要となる。 従来技術のようなバイパス方式の水分等の除去方法の場合、主配管側とバイパス側の流量配分が水分除去特性および水分除去器中に充填されている吸湿剤の摩耗等水分除去器の信頼性に影響を及ぼす。主配管側とバイパス側の流量配分は、主配管側の配管径および長さ等が定まれば流動抵抗も一定の特性を示すので、バイパス側の管路および水分除去器の抵抗特性のちがいによって異なってくる。すなわち、バイパス管の管径にも影響される。
【０００６】冷凍装置への混入水分を早く取り去ることが、水分に関わるトラブルを極力少なくするために重要となるが、上記例では、バイパス側の管径を小さくしてデハイドレ−タ側への流量が少なくなるように構成されており、水分を除去する速度が遅くなるという問題がある。また、最近では冷凍サイクル中の少冷媒化のため配管内を気液二相冷媒で流したり、周囲温度等の運転条件によってはバイパスする分岐部へ気液二相の冷媒が流入する。この場合、管径が小さいバイパス側へは、さらに冷媒が流れ難くなるという問題がある。
【０００７】また、一般に早く水分を除去するためには、吸湿容量が大きいデハイドレータを用いたり、デハイドレータを流れる冷媒量を多くする必要があるが、例えば、吸湿能力を大きくするために、デハイドレータに吸湿剤を多く充填すれば流動抵抗が増して冷媒は流れ難くなり、一方、流動抵抗を小さくするため大きなサイズのデハイドレータとすると、ある程度は多く冷媒は流れるが、デハイドレータが設けられているバイパスの管径が比較的小さい場合には、バイパス側の流動抵抗は配管抵抗の方がデハイドレータより支配的となって、デハイドレータのサイズを大きくした効果は小さくなり、デハイドレータの機能を効率よく十分に生かすことが出来ない。すなわち、吸湿能力を大きくするためにデハイドレータに吸湿剤を多く充填しても、デハイドレータのサイズを大きくしてもバイパス側の管径が主配管の管径より小さい場合には、冷媒が比較的流れ難いためにデハイドレータの水分除去能力を効率よく十分に発揮させることができないという問題が生じる。
【０００８】特願平７−４５３９５号公報の例では、水分除去器を介した主配管のバイパス経路にストップバルブを介した構成をしており、稼動初期にはストップバルブを閉じて水分除去器側に冷媒を流すようにしているが、この場合、稼動初期の水分除去運転後、ストップバルブを開ける操作が必要である。また、ストップバルブを設ける必要がありコスト高となる等の課題がある。
【０００９】本発明は、冷凍サイクル中に比較的多量の水分が混入した場合でも、水分除去器の機能が十分に発揮され、しかも、水分除去器内に充填される吸湿剤が摩耗しにくい等信頼性の高い水分除去機能を、比較的簡単な構成で安価に達成することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するために本発明は、圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、膨脹装置、および利用側熱交換器を備えた冷凍サイクルを有するヒートポンプ式空気調和機において、熱源側熱交換器と膨張装置を接続する主配管の途中から分岐して水分除去器を介する主配管のバイパス回路を設置し、該バイパス回路の管径を主配管と同じ径、または大きい径の配管（好ましくは、バイパス回路の管径を主配管と同じ径以上、主配管の２倍以下の径の配管）としたものである。
【００１１】また、本発明は、圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器、膨脹装置、および利用側熱交換器を備えた冷凍サイクルを有し、前記圧縮機、四方弁、熱源側熱交換器および室外機用膨張装置を備えた室外機と、利用側熱交換器および室内機用膨張装置等を備えた室内機を有するヒートポンプ式空気調和機において、室外機用膨張装置と室内機用膨張装置の間の主配管途中から分岐して、水分除去器を介する主配管のバイパス回路を設置し、該バイパス回路の管径を主配管と同じ径、または大きい径の配管としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に関わるヒートポンプ式空気調和機の実施の形態について説明する。図１は本発明に関わるヒートポンプ式空気調和機の第一の実施の形態を示す冷凍サイクル系統図である。この冷凍サイクルは主として、圧縮機１、四方弁２、利用側熱交換器３、膨張装置４、熱源側熱交換器８、サブクーラ６、アキュムレータ９、および、水分除去器１０等から構成されており、これらが配管1２,1３等により接続されてサイクルが形成されている。
【００１３】次に、この冷凍サイクルの運転時の動作について説明する。冷房運転時には、圧縮機１に吸入された冷媒蒸気は、圧縮されて高温高圧の冷媒蒸気となって圧縮機１から吐出され、四方弁２を通り熱源側熱交換器８へ流入する。ここで冷却空気等によって冷却されて凝縮液化する。凝縮液化した冷媒はサブクーラ６へ流入し、さらに冷却される。次に、冷媒の一部は水分除去器１０側へ分岐して冷媒中に混入している水分を除去後、主配管を流れている冷媒と合流する。水分濃度が小さくなった冷媒は、配管１２を通り、室内機１５の膨張装置４により減圧されて利用側熱交換器３へ流入し、ここで利用側熱交換器３を通過する空気から熱を奪い、自らは蒸発して、室内機１５から流出する。蒸発した冷媒蒸気は、配管１３、アキュムレータ９を通過し再び圧縮機１へ吸入される。暖房運転時には、圧縮機１へ吸入される冷媒蒸気は、圧縮されて高温高圧の冷媒蒸気となって圧縮機１から吐出される。その後、四方弁２を通り利用側熱交換器３へ流入する。ここで室内空気が利用側熱交換器３を通過することによって暖められる。冷媒蒸気は室内空気によって冷却されるために凝縮液化する。凝縮液化された冷媒は、膨張装置４によって減圧された後配管１２、逆止弁７を通り熱源側熱交換器８へ流入し、ここで外気から熱を奪い、自らは蒸発して室外機１４から流出する。この冷媒蒸気は四方弁２、アキュムレータ９を通過し再び圧縮機１へ吸入される。
【００１４】ここで、水分除去器１０は、図５に示されているような概略構造となっており、中には吸湿剤１８が充填されている。主配管１９のバイバス管１１は、主配管１９の管径と同じか、または、主配管１９より大きい管径の場合の例である。また、図６の場合には、水分除去器のバイパス管１１と並列となる主配管１９の管径は、水分除去器１０側のバイパス管１１の管径より小さい場合の例である。このようにバイパス管１１と並列となる主配管１９の管径の大小関係を、相対的にバイパス管の方を主配管１９側と同等以上とする（好ましくは、バイパス回路の管径を主配管と同じ径以上、主配管の２倍以下の径の配管）ことによって、水分除去器が設けられているバイパス側へ冷媒が流れやすくなる。
【００１５】具体的に管径をどのくらいにするかは、水分除去器１０の容量および抵抗特性等を考慮して決定されるが、バイパス管側の管径を大きくできることによって、バイパス回路の管路抵抗がバイパス回路全体の抵抗を支配的にするのを防止できる。このため、水分除去器１０内に充填する吸湿剤の量、およびバイパス側への冷媒分配量を比較的自由に決めることができるので、水分除去器１０のサイズを大きくして吸湿剤の充填量を多くしても、バイパス側の冷媒流量を減少させることなく水分除去を十分に行うことが可能となる。この場合、水分除去器１０内の冷媒速度は低く抑えることができるので吸湿剤の摩耗を防ぐことが可能となる。すなわち、本実施の形態による水分除去方法によれば、バイパス管１１の管径が主配管１９の管径が小さい場合よりも、図５および図６のような水分除去回路を比較的自由に設計でき、しかも、水分除去器１０内の吸湿剤の摩耗を防止するための、主配管１９とバイパス回路の切替運転用ストップバルブも不用となり、比較的安価な水分除去の構成が可能となる。
【００１６】なお、上記のように水分除去器１０を主配管１９と並行に流れるようにバイパス回路を設けると、冷凍サイクル中に混入された銅粉や配管溶接時の酸化皮膜等の異物が詰まった場合でも、冷凍サイクルを閉塞することなく冷媒はサイクル内を循環でき、正常な運転が行われる。
【００１７】図２は、本発明に関わる冷凍空調装置の第二の実施の形態を示す冷凍サイクル系統図である。基本的には第一の実施の形態の冷凍サイクル構成と同じなっているので、動作の説明は省略する。第一の実施の形態と異なるのは、暖房運転時にも冷媒が水分除去器１０を通過する位置に水分除去器１０を設けていることである。この場合には膨張装置４で減圧された気液二相の冷媒が水分除去器を通過するが、この位置に水分除去器を配置すると、比較的冷媒速度を低く抑えられる乾き度が小さい状態の冷媒を水分除去器１０へ流入させることができるので、吸湿剤の摩耗への影響が小さい。
【００１８】図３及び図４は、本発明に関わる冷凍空調装置の第三及び第四の実施の形態を示すもので、室内機を複数台配置したマルチ冷凍サイクル系統図である。この実施の形態の冷凍サイクルは１台の室外機１４に対して室内機１５側は利用側熱交換器３が３台並列に接続されているが、基本的には第一の実施の形態の冷凍サイクルと同じ動作となるので、その説明は省略する。第二の実施の形態と同様に冷房運転時にも暖房運転時にも冷媒が水分除去器を通過するように、室外機用膨張装置１６と室内機用膨張装置４ａ、４ｂ、４ｃの間の接続配管１２の途中に水分除去器１０を介したバイパス回路を設けていることである。第一および第二の実施の形態と同様の効果がある。
【００１９】
【発明の効果】本発明のヒートポンプ式空気調和機によれば、主配管から分岐して水分除去器を介したバイバス回路を設け、そのバイパス管の管径を主配管の管径と同じか、または、大きい管径とする（好ましくは、バイパス回路の管径を主配管と同じ径以上、主配管の２倍以下の径の配管）ことによって、水分除去器が設けられているバイパス側へも冷媒が流れやすくできる。また、バイパス管の管径を大きくできることによって、バイパスの管路抵抗がバイパス回路全体の抵抗を支配的にするのを防止できるため、水分除去器内に充填する吸湿剤の量、および、バイパス側への冷媒分配量を比較的自由に決めることができるので、水分除去器のサイズを大きくして吸湿剤の充填量を多くすれば、バイパス側の冷媒流量を減少させることなく水分除去を十分に行うことが可能となる。この場合、水分除去器内の冷媒速度は低く抑えることも可能となり水分除去器内に充填される吸湿剤の摩耗を防ぐことが可能となる。
【００２０】以上のように、冷凍サイクル中に混入した水分が原因で、水和物の生成や水分の凍結等が発生し、これが冷凍サイクルの膨張装置等を詰まらせて正常な運転が出来なくなったり、冷凍機油の劣化が促進されて圧縮機における潤滑不良が起こり性能低下や、極端な場合には圧縮機の焼損事故等を極力防止できる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
|
| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月１３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−２０１５８９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−４４６８ |
|