JP2007051805A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ運転による暖房運転時において、暖房を継続しながら室外熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転を行うことができる空気調和装置に関するものである。 The present invention relates to an air conditioner capable of performing a defrosting operation for defrosting frost adhering to an outdoor heat exchanger while heating is continued during a heating operation by a heat pump operation.
従来、この種のヒートポンプ式空気調和器の除霜方式は、一般的に四方弁を切り換え、冷凍サイクルの冷媒を逆方向に流す除霜方式をとっている。 Conventionally, this type of heat pump type air conditioner defrosting method generally employs a defrosting method in which the four-way valve is switched and the refrigerant of the refrigeration cycle is flowed in the reverse direction.
即ち、除霜運転は冷房時と同じ冷媒の流動方向とし、室外熱交換器に高温高圧の冷媒を流す事により、熱交換器に付着した霜を融解するものである。 That is, in the defrosting operation, the flow direction of the refrigerant is the same as that during cooling, and the frost attached to the heat exchanger is melted by flowing a high-temperature and high-pressure refrigerant through the outdoor heat exchanger.
この除霜方式では、除霜時は室内側の熱交換器が蒸発器となるため、室内機のファンを停止させる。これにより部屋の温度が低下して冷風感を感じるという基本的課題があった。 In this defrosting method, the indoor heat exchanger is an evaporator during defrosting, so the fan of the indoor unit is stopped. As a result, there is a basic problem that the temperature of the room is lowered to feel a cold wind.
この基本的課題への対策として、暖房運転を継続しながら除霜運転する発明が考えられてきた。 As a countermeasure to this basic problem, an invention for performing a defrosting operation while continuing a heating operation has been considered.
図5は従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成図である。 FIG. 5 is a configuration diagram of a refrigeration cycle of a conventional air conditioner.
同図に示すように、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を冷媒回路で連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、この冷凍サイクルにおける前記膨張機構と前記室外熱交換器の間と、前記圧縮機の吸入側の間を連結し、冷媒加熱器を有する冷媒加熱回路と、前記冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器と前記四方弁の間を連結する除霜用回路とを備え、前記冷凍サイクルのヒートポンプ運転時において前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記冷媒加熱器によって加熱された冷媒が、前記圧縮機を通った後、前記室内熱交換器を通る流れと前記除霜用回路から前記室外熱交換器を通る流れとに分岐され、これらの分岐した冷媒の流れが前記冷媒加熱回路の入口で合流し、再び前記冷媒加熱器によって加熱されるように構成されている発明が開示されている。 As shown in the figure, in a heat pump refrigeration cycle in which a compressor, a four-way valve, an indoor heat exchanger, an expansion mechanism, and an outdoor heat exchanger are connected by a refrigerant circuit, the expansion mechanism and the outdoor heat in the refrigeration cycle Between the exchangers and between the suction side of the compressor, a refrigerant heating circuit having a refrigerant heater, and between the discharge side of the compressor, the outdoor heat exchanger and the four-way valve in the refrigeration cycle. A defrosting circuit to be connected, and when defrosting the outdoor heat exchanger during the heat pump operation of the refrigeration cycle, after the refrigerant heated by the refrigerant heater passes through the compressor, The flow through the indoor heat exchanger and the flow from the defrosting circuit to the flow through the outdoor heat exchanger are branched, and the flow of the branched refrigerant merges at the inlet of the refrigerant heating circuit, and again the refrigerant heater Thus the invention is configured is disclosed to be heated.
上記発明で課題として取り上げられているように、ヒートポンプ運転を行った際の室外機の除霜運転を行うときに、暖房を継続しながら、除霜運転を行うことは条件が決まれば可能である(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この冷凍サイクルの方式では、次のような課題が発生する。 However, this refrigeration cycle system has the following problems.
この冷凍サイクルの構成は、除霜運転を行う際に、二方弁109aを開放にして、室外熱交換器103と四方弁102との間に圧縮機101の吐出冷媒が流れることになるため、圧縮機吸入側に除霜するホットガス冷媒が流れないように二方弁106が必要となる。
In this refrigeration cycle, when the defrosting operation is performed, the two-
二方弁106は圧縮機101の吸入側に連結され、冷房および暖房運転の圧損を低減するためには口径の大きな二方弁106を採用することとなり、非常に高価な二方弁となっ
てしまう。
The two-
またヒートポンプ運転から二方弁108を開放させて冷媒加熱運転に切り換え、除霜運転を行う方式で室外熱交換器103の冷媒の流れが逆転するため、除霜運転を行う前に二方弁107を一旦閉運転とする必要があり、この室外熱交換器103の入口に二方弁107が必要となる。
In addition, the two-
したがって、この冷凍サイクルでは4個もの二方弁が必要となり、複雑で高価な方式となる。 Therefore, this refrigeration cycle requires as many as four two-way valves, which is a complicated and expensive method.
また除霜に供された後の冷媒と室内熱交換器110で放熱した後の冷媒が合流するため、合流箇所における冷媒圧力が除霜に供された後の冷媒の圧力よりも高ければ、室外熱交換器に冷媒が流れ、逆であれば室内側に冷媒が流れることになり、暖房しながら除霜運転を行うことが出来ない場合が発生する。
In addition, since the refrigerant after being defrosted and the refrigerant after being radiated by the
また、除霜に供された後の冷媒と室内熱交換器110で放熱した後の冷媒が合流するため、冷媒音が発生しやすく、前記の圧力バランスの課題と冷媒音課題を解決するために冷媒合流器を必要とする場合が考えられる。
In addition, since the refrigerant after being defrosted and the refrigerant radiated by the
また、前記合流箇所では冷媒循環量が多くなり圧力損失が増加するため、その対策として配管の管径を大きくすることが必要となる。それにより、管径の大きくなった配管を吐出した過熱冷媒が流入する際、吐出ガスの冷媒速度が減少し、充分に除霜能力を確保できず、霜が溶け残るといった場合が発生する可能性がある。 Further, since the refrigerant circulation amount increases and the pressure loss increases at the junction, it is necessary to increase the pipe diameter as a countermeasure. As a result, when superheated refrigerant discharged from a pipe with a large pipe diameter flows in, the refrigerant speed of the discharged gas decreases, and sufficient defrosting capacity cannot be ensured and frost may remain unmelted. There is.
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたもので、冷凍サイクルが簡単なバイパス回路で構成でき、冷媒音、圧力バランスの問題も発生しない安定した除霜運転を提供すると共に、このホットガスバイパス回路の除霜運転で室外熱交換器の霜の溶け残りが発生した場合でも、所定の判定条件により最適化された四方弁除霜を行う事で快適性を充分に満足させて且つ、除霜を完全に行うと言った信頼性の高い空気調和装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and provides a stable defrosting operation in which the refrigeration cycle can be configured with a simple bypass circuit and the problem of refrigerant noise and pressure balance does not occur. At the same time, even if the frost of the outdoor heat exchanger is not melted during the defrosting operation of this hot gas bypass circuit, the four-way valve defrosting optimized according to the predetermined judgment conditions is sufficient to ensure comfort. It is an object of the present invention to provide a highly reliable air conditioner that performs defrosting completely.
上記目的を達成するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒回路で連結されたヒートポンプ式冷凍サイクルと、この冷凍サイクルに連結された室内熱交換器と減圧器の間と四方弁と室外熱交換器の間を連結する第1のバイパス回路を設け、第1のバイパス回路に二方弁、冷媒加熱器を設け、さらに前記四方弁と前記室内熱交換器の間と減圧器と室外熱交換器の間、または前記圧縮機と四方弁の間と、減圧器と室外熱交換器の間を連結する第2のバイパス回路を設け、第2のバイパス回路に二方弁を設け、室外熱交換器の除霜を行う際、第1のバイパス回路の二方弁を開放して冷媒加熱器で加熱された冷媒を圧縮機の吸入側に流す第1のバイパス運転と、第2のバイパス回路の二方弁を開放して室外熱交換器に冷媒を通過させる第2のバイパス運転を行い、除霜運転中、所定の時間内に室外熱交換器温度の温度検知器によって検知された室外熱交換器温度が所定の温度に到達しない場合、前記ホットガスバイパスによって行う除霜方式を停止し、前記四方弁により冷媒回路を冷房サイクルに切り換え除霜を行うことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, an air conditioner of the present invention includes a heat pump refrigeration cycle in which a compressor, a four-way valve, an indoor heat exchanger, a decompressor, and an outdoor heat exchanger are connected by a refrigerant circuit, and the refrigeration cycle. A first bypass circuit that connects between the indoor heat exchanger and the pressure reducer connected to each other and between the four-way valve and the outdoor heat exchanger is provided, and a two-way valve and a refrigerant heater are provided in the first bypass circuit, Further, a second bypass that connects between the four-way valve and the indoor heat exchanger, between the pressure reducer and the outdoor heat exchanger, or between the compressor and the four-way valve, and between the pressure reducer and the outdoor heat exchanger. When the circuit is provided, the two-way valve is provided in the second bypass circuit, and the outdoor heat exchanger is defrosted, the two-way valve of the first bypass circuit is opened to compress the refrigerant heated by the refrigerant heater. The first bypass operation to flow to the suction side of the machine and the two-way valve of the second bypass circuit A second bypass operation is performed to allow the refrigerant to pass through the outdoor heat exchanger, and during the defrosting operation, the outdoor heat exchanger temperature detected by the temperature detector of the outdoor heat exchanger temperature within a predetermined time is predetermined. When the temperature does not reach, the defrosting method performed by the hot gas bypass is stopped and the refrigerant circuit is switched to a cooling cycle by the four-way valve to perform defrosting.
本発明の空気調和装置は、暖房運転を継続しながら、除霜を実施することができる。 The air conditioner of the present invention can perform defrosting while continuing the heating operation.
第1の発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器温度を検知する検知器を具備した室外熱交換器、冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルと、この冷凍サイクルに連結された前記室内熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外熱交換器の間を連結する第1のバイパス回路を設け、前記第1のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、さらに前記冷凍サイクルに連結された前記四方弁と前記室内熱交換器の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間、または前記冷凍サイクルに連結された前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間を連結する第2のバイパス回路を設け、前記第2のバイパス回路に二方弁を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第1のバイパス回路の二方弁を開放して冷媒加熱器で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第1のバイパス運転と、前記第2のバイパス回路の二方弁を開放して前記室外熱交換器に冷媒を通過させる第2のバイパス運転を行うことを特徴とするホットガスバイパス除霜を行う構成をなすことにより、暖房運転を行ないながら除霜運転を実施することができると共に、ホットガスバイパス除霜運転中、所定の時間10分30秒以内で室外熱交換器温度が所定の判定温度6℃以上に到達しない時、直ちに前記ホットガスバイパス除霜運転を停止し、四方弁を切り換えて除霜を行う四方弁切り換え除霜の運転制御へ変更する。 A first invention includes a compressor, a four-way valve, an indoor heat exchanger, a decompressor, an outdoor heat exchanger having a detector for detecting an outdoor heat exchanger temperature, a heat pump refrigeration cycle connected by a refrigerant circuit, A first bypass circuit that connects the indoor heat exchanger and the pressure reducer connected to the refrigeration cycle, the four-way valve, and the outdoor heat exchanger is provided, and the two-way valve is provided in the first bypass circuit. And a refrigerant heater, and the compression connected between the four-way valve and the indoor heat exchanger connected to the refrigeration cycle, between the decompressor and the outdoor heat exchanger, or connected to the refrigeration cycle A second bypass circuit that connects between the compressor and the four-way valve and between the pressure reducer and the outdoor heat exchanger, a two-way valve is provided in the second bypass circuit, and the outdoor heat exchanger When performing defrosting, the first bypass circuit A first bypass operation in which the two-way valve is opened and the refrigerant heated by the refrigerant heater flows to the suction side of the compressor, and the two-way valve of the second bypass circuit is opened, and the outdoor heat exchanger By performing a hot gas bypass defrosting configuration that performs a second bypass operation that allows the refrigerant to pass through, it is possible to perform the defrosting operation while performing the heating operation, and to remove the hot gas bypass. During the frost operation, when the outdoor heat exchanger temperature does not reach the predetermined judgment temperature of 6 ° C. or more within a predetermined time of 10 minutes and 30 seconds, the hot gas bypass defrost operation is immediately stopped and the four-way valve is switched to defrost. Change to the four-way valve switching defrost operation control.
これにより外気空調負荷変化や雪の付着、熱交換器の凍結、冷媒加熱器の加熱量バラツキなどにより発生する恐れのある霜の溶け残りを防止する事が可能となる。 As a result, it is possible to prevent unmelted frost that may be generated due to a change in the outside air conditioning load, snow adhesion, freezing of the heat exchanger, variation in the heating amount of the refrigerant heater, and the like.
第2の発明は、特に第1の発明の室外気温度検知器によって検知された室外気温度の値によって、ホットガスバイパス除霜時に行う冷媒過熱器の加熱量を調整し、負荷に応じた最適な過熱量で除霜を行う事で無駄な消費電力を省く事が出来ると共に、ホットガスバイパス除霜運転中に判断している所定の判定時間を最適化することで、無駄に四方弁除霜を行い暖房運転の快適性を損ねるという事を抑制できる。 The second invention adjusts the amount of heating of the refrigerant superheater performed during hot gas bypass defrosting according to the value of the outdoor air temperature detected by the outdoor air temperature detector of the first invention, and is optimal according to the load. By defrosting with a large amount of overheating, wasteful power consumption can be saved, and by optimizing the predetermined judgment time judged during hot gas bypass defrosting operation, four-way valve defrosting is wasted To reduce the comfort of heating operation.
例えば、外気温度が低温の時に冷媒過熱器の熱量を増加させ、除霜運転中の判定時間を10分30秒以上に延ばすことで、充分に除霜運転を行うと共に、快適性も維持することが出来る。 For example, by increasing the amount of heat of the refrigerant superheater when the outside air temperature is low and extending the determination time during the defrosting operation to 10 minutes 30 seconds or more, the defrosting operation is sufficiently performed and the comfort is also maintained. I can do it.
第3の発明は、特に第1の発明の室外気温度検知器によって検知された室外気温度の値によって、ホットガスバイパス除霜時に行う冷媒過熱器の加熱量を調整し、負荷に応じた最適な過熱量で除霜を行う事で無駄な消費電力を省く事が出来ると共に、ホットガスバイパス除霜運転中に判断している所定の室外熱交換器温度の判定温度を最適化することで、無駄に四方弁除霜を行い暖房運転の快適性を損ねるという事を抑制できる。例えば、外気温度が低温の時に冷媒過熱器の熱量を増加させ、除霜運転中の室外熱交換器温度の判定温度を10℃以上に設定変更することで、充分に除霜運転を行うと共に、快適性も維持することが出来る。 The third aspect of the invention adjusts the amount of heating of the refrigerant superheater that is performed at the time of defrosting the hot gas bypass according to the value of the outdoor temperature detected by the outdoor temperature detector of the first aspect of the invention. By defrosting with a large amount of overheating, wasteful power consumption can be saved, and by optimizing the judgment temperature of the predetermined outdoor heat exchanger temperature judged during hot gas bypass defrosting operation, It is possible to suppress wasteful defrosting of the four-way valve and impairing the comfort of heating operation. For example, when the outside air temperature is low, the amount of heat of the refrigerant superheater is increased, and the determination temperature of the outdoor heat exchanger temperature during the defrosting operation is changed to 10 ° C. or more, thereby sufficiently performing the defrosting operation, Comfort can also be maintained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本願発明にかかる空気調和装置の構成図である。同図において、室外機20には、圧縮機1、四方弁2、減圧器4、室外熱交換器5、室外熱交換器温度検知器21、室外気温度検知器22、第1のバイパス回路6、冷媒加熱用二方弁7、冷媒加熱器8、第2のバイパス回路9、除霜用二方弁10、第2のバイパス回路の二方弁11、第1のバイパス回路の二方弁12、冷媒加熱ヒータ13、冷媒通過管部14、蓄熱部15、室外送風機19で配設されている。室内機18には、室内熱交換器3、室内送風機17が配設されている。ここでの減圧器4は、電磁膨張弁でもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioner according to the present invention. In the figure, an
次に図2は、本願発明にかかる実施の形態1を示す制御ブロック図であり、図3はホットガスバイパス除霜制御が動作したときの挙動を示すタイムチャートである。図4はホットガスバイパス除霜運転中、室外熱交換器温度が所定の判定時間、判定温度に到達しなかった場合に四方弁除霜に切り替えて行う際のタイムチャート図である。 Next, FIG. 2 is a control block diagram showing the first embodiment according to the present invention, and FIG. 3 is a time chart showing the behavior when the hot gas bypass defrost control is operated. FIG. 4 is a time chart when switching to four-way valve defrosting when the outdoor heat exchanger temperature does not reach the predetermined determination time and determination temperature during the hot gas bypass defrosting operation.
図2では室外機側で除霜開始判断が除霜開始判断手段50でなされ、除霜開始と判断された時に圧縮機運転手段51、冷媒加熱用二方弁開閉手段52、除霜用二方弁開閉手段53、膨張弁開度可変手段54、室外送風機運転手段55、四方弁切り換え手段56、加熱器ヒータ運転停止手段が図5に示す動作をすることにより除霜運転が行われる。 In FIG. 2, the defrosting start determination is made by the defrosting start determining means 50 on the outdoor unit side, and when it is determined that the defrosting is started, the compressor operating means 51, the refrigerant heating two-way valve opening / closing means 52, and the defrosting two-way The defrosting operation is performed by the valve opening / closing means 53, the expansion valve opening varying means 54, the outdoor fan operating means 55, the four-way valve switching means 56, and the heater heater operation stopping means performing the operations shown in FIG.
このとき室外機20から除霜開始信号を室内機18で除霜開始信号受信手段58で受信して、除霜運転の判断より室内送風機運転手段59で室内送風機17を制御する。
At this time, the defrosting start signal is received from the
図3に示すように、除霜開始の判断をすると、ステップ1のヒートポンプによる暖房運転からステップ2の冷媒加熱運転による暖房運転に移行する。このときに冷媒加熱用二方弁をONして開方向に制御する。
As shown in FIG. 3, when the start of defrosting is determined, the heating operation by the heat pump in
また加熱器ヒータをONして冷媒加熱運転を行う。このとき膨張弁は閉塞運転かまたは閉塞に近い運転を行う。 Also, the heater is turned on to perform the refrigerant heating operation. At this time, the expansion valve performs a closed operation or an operation close to the closed state.
また外ファンは除霜中停止する。四方弁は、暖房を継続するため、暖房回路のままで除霜中も切り換えしない。 The external fan stops during defrosting. Since the four-way valve continues heating, it remains in the heating circuit and does not switch during defrosting.
また内ファンは暖房を継続するので、停止することはない。 Moreover, since an internal fan continues heating, it does not stop.
次にステップ3で、除霜を行うために除霜用二方弁をONして開方向に制御する。また圧縮機は、除霜用の運転周波数で運転する。
Next, in
ここで、ステップ3で前記ホットガスバイパス制御による除霜運転中、室外熱交換器温度が所定の判定時間内に所定の判定温度に到達しない場合は、ステップ3終了後、図4にある四方弁除霜制御のタイムチャートにおけるステップ1に移行し、四方弁除霜制御の準備を開始する。
Here, when the outdoor heat exchanger temperature does not reach the predetermined determination temperature within the predetermined determination time during the defrosting operation by the hot gas bypass control in
その後、ステップ2により四方弁除霜を開始し、ステップ3により圧縮機の運転を開始し、四方弁除霜を継続する。
Thereafter, the four-way valve defrosting is started in
ここで除霜運転中、室外熱交換器温度が所定の判定時間内に判定温度に到達すると、四方弁除霜運転を終了し、ステップ4へ移行する。ここで暖房運転が復帰される。 Here, during the defrosting operation, when the outdoor heat exchanger temperature reaches the determination temperature within a predetermined determination time, the four-way valve defrosting operation is terminated, and the process proceeds to step 4. Here, the heating operation is restored.
ここで、実施例として、第1のバイパス回路の接続を四方弁と室外熱交換器の間としたが、四方弁と圧縮機吸入側の間にしても、除霜作用は同じなので第1のバイパス回路を四方弁と圧縮機吸入側にしても良い。 Here, as an example, the connection of the first bypass circuit is made between the four-way valve and the outdoor heat exchanger, but the defrosting action is the same even between the four-way valve and the compressor suction side. The bypass circuit may be a four-way valve and a compressor suction side.
(実施の形態2)
次に実施の形態2について説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described.
本実施の形態において実施の形態1と異なる点は、図1における室外気温度検知器22で検知された温度により、冷媒過熱器8の加熱量を最適化調整すると共に、図3における除霜制御タイムチャートのステップ3での所定の判定時間を最適化することで、無駄に四
方弁切り換え除霜に移行させることを抑制できる。
The present embodiment differs from the first embodiment in that the heating amount of the
(実施の形態3)
次に実施の形態3について説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment will be described.
本実施の形態において実施の形態1と異なる点は、図1における室外気温度検知器22で検知された温度により、冷媒過熱器8の加熱量を最適化調整すると共に、図3における除霜制御タイムチャートのステップ3での室外熱交換器温度の所定の判定温度を最適化することで、無駄に四方弁切り換え除霜に移行させることを抑制できる。
The present embodiment differs from the first embodiment in that the heating amount of the
以上のように本発明の空気調和装置は暖房運転しながら、除霜運転を実施できるので、室外温度が非常に低温の寒冷地での空気調和装置にも適用できると共に、除霜しても熱交換器に付着した霜が溶け残ってしまうと言った課題も解決できる。 As described above, since the air conditioner of the present invention can perform the defrosting operation while performing the heating operation, it can be applied to an air conditioner in a cold region where the outdoor temperature is very low, and heat is also generated even if the defrost is performed. The problem that the frost attached to the exchanger remains undissolved can also be solved.
1 圧縮機
2 四方弁
3 室内熱交換器
4 減圧器
5 室外熱交換器
6 第1のバイパス回路
7 冷媒加熱用二方弁
8 加熱器
9 第2のバイパス回路
10 除霜用二方弁
11 除霜用減圧器
12 冷媒加熱用減圧器
13 加熱器ヒータ
14 冷媒通過管部
15 蓄熱部
17 室内送風機
18 室内機
19 室外送風機
20 室外機
21 室外熱交換器温度検知器
22 室外気温度検知器
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