JP2001033126A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 除霜時にも室外空気から熱量を吸収すること
が可能であり、短時間のうちに高効率な除霜を行うこと
ができる空気調和装置を提供する。 【解決手段】 本発明にかかる空気調和装置は、四方弁
２と、室内熱交換器３と、膨張弁４と、２分割された室
外熱交換器５ａ，５ｂと、並列に連結されて室外熱交換
器５ａ，５ｂ間に直列に配設された切換開閉弁７及びキ
ャピラリチューブ８と、四方弁２及び室内熱交換器３の
間と膨張弁４及び室外熱交換器５ａ，５ｂの一方側の間
とを連結して配設され、バイパス開閉弁１０が設けられ
たバイパス管９とを具備しており、暖房運転の除霜時に
は、膨張弁４及び切換開閉弁７を閉塞し、かつ、バイパ
ス開閉弁１０を開放したうえ、室外熱交換器５ａ，５ｂ
の一方側から他方側へとキャピラリチューブ８を介して
冷媒を流通させながら一方側の室外熱交換器５ａ，５ｂ
を除霜する構成であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和装置にかか
り、特には、暖房運転に伴って除霜が必要となる空気調
和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、空気調和装置のうちにはヒー
トポンプ式といわれるものがあり、この種の空気調和装
置は、図４で示すように、圧縮機１と、四方弁２と、室
内熱交換器３と、膨張弁４と、室外熱交換器５と、これ
らの機器間を連結する冷媒配管６とを具備しているのが
一般的となっている。ところで、このような空気調和装
置には、暖房運転中の室外温度が０℃付近まで低下して
くると、室外熱交換器５のフィンに着霜してフィン間に
目詰まりを生じ、通風量が低下して熱交換量が減少する
ために暖房能力が低下するという不都合がある。そのた
め、図４に示した空気調和装置では、暖房運転を一時的
に停止したうえ、逆サイクルの冷房運転を実行して室外
熱交換器５を除霜することが行われる。

【０００３】また、他の構成とされた空気調和装置のう
ちには、図５で示すような構成、つまり、圧縮機１と、
四方弁２と、室内熱交換器３と、膨張弁４と、室外熱交
換器５と、これらの機器相互間を連結する冷媒配管６と
を具備していると共に、四方弁２及び室内熱交換器３の
間と膨張弁４及び室外熱交換器５の間とを連結してホッ
トガスバイパスといわれるバイパス管１１が配設されて
おり、このバイパス管１１にはバイパス開閉弁１２が設
けられた構成を有するものがある。そして、この空気調
和装置では、バイパス開閉弁１２を開放したうえ、圧縮
機１から吐出されてきた高温冷媒をバイパス管１１へと
分流させるのに伴って室外熱交換器５を除霜することが
行われている。なお、図４，５中の実線矢印Ａは暖房運
転時における冷媒の流れ方向を示し、破線矢印Ｂは除霜
時における冷媒の流れ方向を示している。

【０００４】さらに、特開平１０−２０５９３３号公報
には、図６で示すような空気調和装置、つまり、圧縮機
１と、四方弁２と、室内熱交換器３と、膨張弁４と、２
分割された室外熱交換器５ａ，５ｂと、冷媒配管６とを
具備しており、かつ、室外熱交換器５ａ，５ｂ間には補
助膨張弁１３が介装されてなる空気調和装置が開示され
ている。そして、ここでの膨張弁４と室外熱交換器５ａ
の入口側との間には第１開閉弁１４が設けられると共
に、四方弁２と室外熱交換器５ｂの出口側との間には第
２開閉弁１５が設けられており、膨張弁４及び第１開閉
弁１４の間と室外熱交換器５ｂ及び第２開閉弁１５の間
とを連結して配設された第１バイパス管１６には第３開
閉弁１７が設けられる一方、第１開閉弁１４及び室外熱
交換器５ａの間と四方弁２及び第２開閉弁１５の間とを
連結して配設された第２バイパス管１８には第４開閉弁
１９が設けられている。そのため、この空気調和装置で
は、膨張弁４及び補助膨張弁１３の絞り操作と、第１か
ら第４までの開閉弁１４，１５，１７，１９それぞれの
切換操作とによって室外熱交換器５ａ，５ｂの各々を除
霜することが行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷房運
転を実行して室外熱交換器５の除霜を行う構成とされた
図４の空気調和装置では、圧縮機１から吐出されてきた
高温かつ高圧の冷媒の流れ方向を四方弁２によって切り
換えたうえで室外熱交換器５へと流入させることが実行
されており、この室外熱交換器５で凝縮されるのに伴っ
て低温となった冷媒が膨張弁４を介して室内熱交換器３
へと流入しているため、除霜終了後の暖房運転を開始し
た際における室内熱交換器３から冷風が吹き出すことと
なる結果、使用者に対して不快感を与えるばかりか、室
内温度の回復に余分な時間を要することになっていた。

【０００６】一方、バイパス管１１が配設されてなる図
５の空気調和装置においては、圧縮機１から吐出された
高温かつ高圧の冷媒が、四方弁２と、バイパス管１１
と、室外熱交換器５との間を循環することによる室外熱
交換器５の除霜が行われるが、膨張弁４のような抵抗が
循環経路中に含まれておらず、そのために冷媒の十分な
圧縮が実行されないこととなる結果、除霜効率が低下す
るという不都合が生じてしまう。また、除霜終了に伴っ
てバイパス開閉弁１２を閉塞した際には、圧縮機１の負
荷が急激に増大する結果として圧縮機１に過大な負担が
加わることが避けられないため、圧縮機１の寿命に悪影
響が生じるという不都合もあった。

【０００７】さらに、前記いずれの構成であっても、室
外空気から熱量を吸収することができずに圧縮機１が唯
一の加熱源となっているため、除霜効率の向上を図るこ
とができないという不都合が生じる。さらにまた、図６
で示すような構成の空気調和装置では、補助膨張弁１３
のみならず、数多くの開閉弁１４，１５，１７，１９が
必要となり、しかも、これらの操作を制御するためのシ
ステムが複雑に結果としてコストの増大を招くことにな
っていた。

【０００８】本発明は、これらの不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、簡単な構成でありながら暖房運転の
除霜時にも室外空気から熱量を吸収することが可能であ
り、しかも、短時間のうちに高効率な除霜を行うことが
できる空気調和装置の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明にかかる空気
調和装置は、圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨
張弁と、２分割された室外熱交換器と、これらの機器間
を連結する冷媒配管とを具備してなるものであって、室
外熱交換器同士間には並列に連結された切換開閉弁及び
キャピラリチューブを直列に配設し、かつ、四方弁及び
室内熱交換器の間と膨張弁及び室外熱交換器の一方側の
間とを連結するバイパス管を配設しており、このバイパ
ス管にはバイパス開閉弁を設けていると共に、暖房運転
の除霜時には、膨張弁及び切換開閉弁を閉塞し、かつ、
バイパス開閉弁を開放したうえ、室外熱交換器の一方側
から他方側へとキャピラリチューブを介して冷媒を流通
させながら一方側の室外熱交換器を除霜する構成である
ことを特徴とする。

【００１０】第２の発明にかかる空気調和装置は第１の
発明に記載したものであり、一方側の室外熱交換器を除
霜した後には、四方弁を切り換えて他方側の室外熱交換
器を除霜する構成であることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１２】図１は本実施の形態にかかる空気調和装置
の構成を示す系統図、図２は２分割された室外熱交換器
の一方側を除霜する際の動作状態を示す系統図であり、
図３は室外熱交換器の他方側を除霜する際の動作状態を
示す系統図である。なお、本実施の形態にかかる空気調
和装置の全体構成は従来の形態と基本的に異ならないの
で、本実施の形態を示す図１〜図３において、従来の形
態を示す図４〜図６と互いに同一となる機器及び部分に
は同一符号を付している。

【００１３】本実施の形態にかかる空気調和装置は、図
１で示すように、圧縮機１と、四方弁２と、室内熱交換
器３と、膨張弁４と、２分割された室外熱交換器５ａ，
５ｂと、これらの機器相互間を連結する冷媒配管６とを
具備しており、一方側及び他方側の室外熱交換器５ａ，
５ｂ同士間には、並列に連結された切換開閉弁７及びキ
ャピラリチューブ８が直列として配設されている。そし
て、この際における四方弁２及び室内熱交換器３の間
と、膨張弁２及び室外熱交換器５ａ，５ｂの一方側、例
えば、室外熱交換器５ａの間とはバイパス管９を介した
うえで連結されており、これらの２箇所を互いに連結し
て配設されたバイパス管９の中途位置にはバイパス開閉
弁１０が設けられている。そこで、この空気調和装置に
あっては、切換開閉弁７を開放し、かつ、バイパス開閉
弁１０を閉塞したうえ、四方弁２を切り換え操作しなが
らの冷房運転及び暖房運転が行われることになり、図１
中の実線矢印Ａは暖房運転時における冷媒の流れ方向
を、また、破線矢印Ｃは冷房運転時における冷媒の流れ
方向をそれぞれ示している。

【００１４】すなわち、この空気調和装置の冷房運転時
には、圧縮機１から吐出されたうえで四方弁２を通過し
た高温かつ高圧の冷媒が、２分割された室外熱交換器５
ａ，５ｂ、つまり、開放中の切換開閉弁７を介して直列
に連結された室外熱交換器５ａ，５ｂを流通しながら室
外空気と熱交換したうえで放熱することによって凝縮さ
せられることになり、凝縮した冷媒が膨張弁４を通過し
ながら減圧されるのと伴って室内温度よりも低温で、し
かも、低圧の二相の気液状態となった後、室内熱交換器
３を流通する間に室内空気から吸熱したうえで四方弁２
から圧縮機１へと戻るという冷房サイクルが形成され
る。なお、ＣＯ₂ などのような超臨界サイクルの場合に
は、凝縮しないことになる。また、空気調和装置の暖房
運転時には、四方弁２を切り換えておくことにより、圧
縮機１から吐出されて四方弁２を通過した冷媒が、室内
熱交換器３，膨張弁４，一方側の室外熱交換器５ａ，切
換開閉弁７，他方側の室外熱交換器５ｂを流通すること
になり、流通し終わった冷媒が四方弁２から圧縮機１へ
と戻る暖房サイクルが形成されている。

【００１５】ところで、空気調和装置の暖房運転中にお
ける室外温度が０℃近くまで低下してくると、室外熱交
換器５ａ，５ｂそれぞれのフィンに霜が付着して熱交換
効率が低下するため、室外熱交換器５ａ，５ｂの除霜が
必要となるが、本実施の形態にかかる空気調和装置で
は、以下のような手順に従っての除霜が行われる。すな
わち、ここでは、まず、図２を参照したうえ、２分割さ
れた室外熱交換器５ａ，５ｂのうちの一方側、例えば、
室外熱交換器５ａを除霜する際の手順を説明するが、こ
の際にあっては、暖房運転を一時的に停止したうえ、膨
張弁４及び切換開閉弁７を閉塞すると共に、バイパス開
閉弁１０を開放することがまずもって実行される。な
お、図２中の実線矢印Ｂは、除霜時における冷媒の流れ
方向を示している。

【００１６】そこで、圧縮機１から吐出されて四方弁２
を通過した高温かつ高圧の冷媒は、バイパス開閉弁１０
が開放されているバイパス管９を通過したうえで室外熱
交換器５ａへと流入することになり、室外熱交換器５ａ
を流通する冷媒が放熱する結果、室外熱交換器５ａに付
着していた霜は除去されてしまう。そして、一方側の室
外熱交換器５ａで放熱するのに伴って凝縮した冷媒は、
切換開閉弁７が閉塞されているためにキャピラリチュー
ブ８へと流入することになり、キャピラリチューブ８を
流通しながら減圧されることによって低温かつ低圧の二
相の気液状態となる。

【００１７】さらに、気液状態となった冷媒は他方側の
室外熱交換器５ｂを流通しながら室外空気から吸熱する
ことになり、吸熱した冷媒は四方弁２を通過したうえで
圧縮機１へと戻ることになる。すなわち、以上のような
構成であれば、一方側の室外熱交換器５ａが凝縮器とし
て機能しており、また、他方側の室外熱交換器５ｂが蒸
発器として機能している。なお、本実施の形態にかかる
空気調和装置の除霜時には暖房運転が一時的に停止され
ているが、これまでの暖房運転によって室内温度は既に
ある程度以上となっているはずであり、また、以上の手
順であれば、圧縮機入力と室外空気から吸収した熱量が
同時に使用される結果として極めて短時間のうちに除霜
が終了するため、暖房運転の一時的な停止に起因する不
都合が起こり得ないことは勿論である。

【００１８】つぎに、図３を参照したうえ、２分割され
た室外熱交換器５ａ，５ｂのうちの他方側、つまり、室
外熱交換器５ａを除霜する手順を説明するが、この際に
も、暖房運転を一時的に停止したうえで膨張弁４及び切
換開閉弁７を閉塞し、かつ、バイパス開閉弁１０を開放
すると共に、四方弁２を切り換えておくことが実行され
る。そこで、圧縮機１から吐出されて四方弁２を通過し
た高温かつ高圧の冷媒は他方側の室外熱交換器５ｂへと
流入することになり、室外熱交換器５ｂを流通する冷媒
が放熱する結果、この室外熱交換器５ｂに付着していた
霜は除去されてしまう。なお、図３中の実線矢印Ｂも、
除霜時における冷媒の流れ方向を示している。

【００１９】そして、他方側の室外熱交換器５ｂで放熱
するのに伴って凝縮した冷媒は、切換開閉弁７が閉塞中
であるためにキャピラリチューブ８へと流入し、キャピ
ラリチューブ８を流通しながら減圧されることによって
低温かつ低圧の二相の気液状態となる。さらに、気液状
態となった冷媒は、バイパス管９を流通したうえで四方
弁２から圧縮機１へと戻ることになる。すなわち、この
際にあっては、一方側の室外熱交換器５ａが蒸発器とし
て機能し、他方側の室外熱交換器５ｂが凝縮器として機
能する。なお、本実施の形態では、一方側及び他方側の
室外熱交換器５ａ，５ｂそれぞれ単独での除霜を説明し
ているが、一方側の室外熱交換器５ａを除霜した後に引
き続いて他方側の室外熱交換器５ｂを除霜することが好
ましく、本発明であれば、四方弁２を切り換えるだけの
ことによって室外熱交換器５ａ，５ｂ双方の除霜が行え
るという利点が確保される。

【００２０】以上説明したように、本実施の形態にかか
る空気調和装置は、２分割された室外熱交換器５ａ，５
ｂを具備しており、暖房運転に伴って除霜が必要となっ
た際には、室外熱交換器５ａ，５ｂのそれぞれを凝縮器
または蒸発器としたうえでの除霜を行う構成とされたも
のであって、除霜時においても室外空気から吸熱するこ
とによって除霜時間の短縮化と除霜効率の向上を図り得
るものとなっている。そして、このことに関しては、以
下のような考察が可能となる。すなわち、図４及び図５
で示した従来の形態にかかる空気調和装置の除霜時に
は、室外空気から熱量を吸収できず、圧縮機１が唯一の
加熱源であるため、表現上の便利さを考慮すると、除霜
時の成績係数は成績係数＝（室内への熱供給量＋除霜へ
の熱供給量）／（圧縮機入力）で与えられることにな
り、熱力学の第一法則（エネルギー保存の原理）に基づ
けば、図４及び図５で示した空気調和装置における除霜
時の成績係数は１を超えないこととなる。

【００２１】これに対し、現在の一般的な空気調和装置
では、暖房時の成績係数が３以上、つまり、室外空気か
らの吸熱が圧縮機入力の２倍以上であることになってお
り、本実施の形態にかかる空気調和装置が具備している
室外熱交換器５ａ，５ｂの除霜時には、室外空気から吸
熱するための伝熱面積が通常の１／２となるものの、室
外空気からの吸熱量は圧縮機入力の１倍以上となる。そ
して、本実施の形態にあっては、除霜時における空気調
和装置から室内へと熱量を供給することを基本的には停
止しており、除霜のために使用される熱量が圧縮機入力
の２倍以上となるので、除霜時の成績係数としては２以
上が得られることになり、室外熱交換器全体として除霜
時に必要となる時間は従来の１／２以下に短縮されてい
る。従って、暖房運転を一時的に停止しているにも拘わ
らず、暖房運転の一時的な停止に起因して室内温度が変
動することは最小限に抑えられる。

【００２２】一方、特開平１０−２０５９３３号公報で
開示されており、かつ、図６で示した構成の空気調和装
置であれば、本実施の形態と同等程度の除霜時の成績係
数が得られることになっている。しかしながら、この従
来の形態にかかる空気調和装置では、除霜中の室内に対
しても熱量が供給され続けることになっているため、除
霜のために使用される熱量が本実施の形態にかかる空気
調和装置よりも必然的に少なくなり、その結果として除
霜時に必要となる時間が本実施の形態にかかる空気調和
装置よりも長くなってしまう。そして、本実施の形態に
かかる空気調和装置よりも、従来の形態にかかる空気調
和装置が必要とする構成要素、つまり、開閉弁などの数
量が多くなることも明らかとなっている。

【００２３】

【発明の効果】本発明にかかる空気調和装置であれば、
開閉弁などの構成要素数が従来よりも少ない簡単な構成
でありながら暖房運転の除霜時にも室外空気から熱量を
吸収することが可能であり、しかも、短時間のうちに高
効率な除霜を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかる空気調和装置の構成を示
す系統図である。

【図２】２分割された室外熱交換器の一方側を除霜する
際の動作状態を示す系統図である。

【図３】室外熱交換器の他方側を除霜する際の動作状態
を示す系統図である。

【図４】従来の形態にかかる空気調和装置の第１の構成
を示す系統図である。

【図５】従来の形態にかかる空気調和装置の第２の構成
を示す系統図である。

【図６】従来の形態にかかる空気調和装置の第３の構成
を示す系統図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室内熱交換器 ４ 膨張弁 ５ａ 室外熱交換器 ５ｂ 室外熱交換器 ６ 冷媒配管 ７ 切換開閉弁 ８ キャピラリチューブ ９ バイパス管 １０ バイパス開閉弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨
   張弁と、２分割された室外熱交換器と、これらの機器間
   を連結する冷媒配管とを具備してなる空気調和装置であ
   って、 室外熱交換器同士間には並列に連結された切換開閉弁及
   びキャピラリチューブを直列に配設し、かつ、四方弁及
   び室内熱交換器の間と膨張弁及び室外熱交換器の一方側
   の間とを連結するバイパス管を配設しており、このバイ
   パス管にはバイパス開閉弁を設けていると共に、暖房運
   転の除霜時には、膨張弁及び切換開閉弁を閉塞し、か
   つ、バイパス開閉弁を開放したうえ、室外熱交換器の一
   方側から他方側へとキャピラリチューブを介して冷媒を
   流通させながら一方側の室外熱交換器を除霜する構成で
   あることを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載した空気調和装置であっ
   て、 一方側の室外熱交換器を除霜した後には、四方弁を切り
   換えて他方側の室外熱交換器を除霜する構成であること
   を特徴とする空気調和装置。