JP2007292330A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大能力の暖房運転を継続して高効率な除霜運転を行う空気調和装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ式冷凍サイクルの室内熱交換器３と減圧器４の間と、圧縮機１の吸込み側を連結する第１のバイパス回路６を設け、第１のバイパス回路６に二方弁７、冷媒加熱器８を設け、さらに室内熱交換器３と減圧器４の間と、圧縮機１の吸込み側を連結する第２のバイパス回路２０を設け、第２のバイパス回路２０に二方弁２１、冷媒加熱器２６を設け、さらに冷凍サイクルに連結された四方弁２と室内熱交換器３の間と減圧器４と室外熱交換器５の間を連結する第３のバイパス回路９を設け、第３のバイパス回路９に二方弁１０を設け、室外熱交換器５の除霜を行う際、第１のバイパス回路６の二方弁７と第２のバイパス回路２０の二方弁２１と、第３のバイパス回路９の二方弁１０を開放し暖房および除霜運転を行う。
【選択図】図１

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。

従来、この種のヒートポンプ式空気調和装置の除霜方式は、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。

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して、熱交換器に付着した霜を融解するものである。

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、室内の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り、この対策として、暖房継続しながら除霜運転する発明が考えられてきた（例えば、特許文献１参照）。

図６は従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成図である。

図６に示すように、圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１１０、膨張機構１０５および室外熱交換器１０３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膨張機構１０５と室外熱交換器１０３の間と、圧縮機１０１の吸入側の間を連結し、冷媒加熱器１０４を有する冷媒加熱回路と、冷凍サイクルにおける圧縮機１０１の吐出側と室外熱交換器１０３と四方弁１０２の間を連結する除霜用回路１０９とから構成されている。

冷凍サイクルのヒートポンプ運転時において室外熱交換器１０３の除霜を行う際、冷媒加熱器１０４によって加熱された冷媒が、圧縮機１０１を通った後、室内熱交換器１１０を通る流れと除霜用回路１０９から室外熱交換器１０３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冷媒加熱回路の入口で合流し、再び冷媒加熱器１０４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。

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。
特開平１１−１８２９９４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、次のような課題が発生する。

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。

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。
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を一端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。

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。

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。

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。

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り、加熱器が大型になってしまうという構造的課題もある。

また、冷房回路で運転すると冷媒加熱器１０４の配管内部は、低圧冷媒で安定して冷媒加熱器１０４の温度が低下することから冷媒加熱器１０４に結露する場合や二方弁１０８が故障で冷媒漏れを発生した場合でも冷媒加熱器に結露が発生して冷媒加熱器の信頼性、安全性に大きな問題がある。

更に、低外気温の寒冷地では更なる暖房能力の向上が必要とされ、更に短時間で除霜可能とすることが必要になってきている
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、冷媒加熱器が大型になることもなく低コストで、冷媒音、圧力バランスの問題も発生しない安定し高効率な除霜運転を、大能力の暖房運転を継続しながら実施できる空気調和装置を提供することを目的としている。

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及び冷媒加熱器を設け、さらに第１のバイパス回路と同様に前記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２のバイパス回路を設け、第２のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、さらに冷凍サイクルに連結された四方弁と室内熱交換器の間と、減圧器と室外熱交換器の間、または冷凍サイクルに連結された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３のバイパス回路を設け、第３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のバイパス回路および第２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のバイパス運転と、第３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３のバイパス運転を行うことを特徴とするものである。

これによって、冷凍サイクルが簡単なバイパス回路で構成でき、冷媒加熱器が大型になることもなく低コストで、冷媒音、圧力バランスの問題も発生しない安定し高効率な除霜
運転を、大能力の暖房運転を継続しながら実施できる。

本発明の空気調和装置は、冷凍サイクルが簡単なバイパス回路で構成でき、冷媒加熱器が大型になることもなく低コストで、冷媒音、圧力バランスの問題も発生しない安定し高効率な除霜運転を、大能力の暖房運転を継続しながら、短時間で室外熱交換器の除霜を実施することができる。

第１の発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルと、この前記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、さらに前記第１のバイパス回路と同様に前記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３のバイパス回路を設け、前記第３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と前記第２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のバイパス運転と第２のバイパス運転と、前記第３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３のバイパス運転を行うことを特徴とするもので、この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。また加熱された冷媒循環量が増加し、除霜能力を上げることができる。また大能力の暖房運転を行ないながら短時間で除霜を実施することができる。また暖房を継続しながら、除霜運転を行うため、四方弁を切り換える時の冷媒音は発生しない。また除霜時に四方弁を切り換えないため、圧力変動が小さく、圧縮機のオイル変動も小さいことから圧縮機の信頼性の高い運転ができる。また接続配管長が長くなる場合でも除霜回路が室外で行うため、配管長による除霜運転での圧縮機オイルレベルが下がることはなく長配管商品でも圧縮機の信頼性の高い運転ができる。また全体冷媒の一部を除霜用に利用するため、暖房能力を向上させた運転をする場合に冷媒量が増加しても第１のバイパス回路と第２のバイパス回路に分散されるので冷媒加熱部に極端に多くの冷媒が流れないことから、現行開発されている冷媒加熱器で構成が可能。また冷房運転を行った場合でも、冷媒加熱器に高温高圧の冷媒ガスが滞留して、冷媒加熱器が結露を発生させることもない。

第２の発明は、特に第１の発明の前記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、さらに前記第１のバイパス回路と同様のバイパス回路を２本以上設け、前記第１のバイパス回路の二方弁と複数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のバイパス運転と複数のバイパス運転を行うことを特徴とするもので、この構成をなすことにより冷媒加熱される量が増加し、さらに除霜能力を上げることができる。また大能力の暖房運転を行ないながらさらに短時間で除霜を実施することができる。

第３の発明は、特に第１の発明の、前記第１のバイパス回路の二方弁および前記第２のバイパス回路の二方弁を、電磁膨張弁とすることで前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第１のバイパス回路の電磁膨張弁もしくは前記第２のバイパス回路の電磁膨張弁を閉弁または閉塞に近い絞り運転をさせて、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冷媒循環量を調整できることを特徴とするもので、この構成をなすことにより、暖
房運転を継続しつつ着霜量に応じて除霜熱量を調整することができ、高効率な除霜運転を実施することができる。また極端な冷媒挙動変化を圧縮機の吸入側に発生させることなく、圧縮機を安定的に運転させる事ができて圧縮機信頼性の高い運転ができる。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれかの発明の前記第２のバイパス回路が、前記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、または前記第１のバイパス回路の入口端面と前記第１のバイパス回路の二方弁との間と、前記四方弁と前記室外熱交換器の間、または前記第１のバイパス回路の冷媒加熱器と前記第１のバイパス回路の出口端面との間に連結され、前記第２のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、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と前記第２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のバイパス運転と第２のバイパス運転を行うことを特徴とするもので、この構成をなすことにより、冷凍サイクル構成を現行の室外機のスペースに合わせることができる。また室外機共用化が図れ、安価でかつ簡単な構成が可能となる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和装置の構成図を示すものである。

図１において、室外機１８には、圧縮機１、四方弁２、減圧器４、室外熱交換器５、室外送風機１９、第１のバイパス回路６、冷媒加熱用二方弁７、冷媒加熱用減圧器１２、冷媒加熱器８、冷媒加熱ヒータ１３、冷媒通過管部１４、蓄熱部１５、第２のバイパス回路２０、冷媒加熱用二方弁２１、冷媒加熱用減圧器２３、冷媒加熱器２２、冷媒加熱ヒータ２４、冷媒通過管部２５、蓄熱部２６、第３のバイパス回路９、除霜用二方弁１０、除霜用減圧器１１で配設されている。

室内機１６には、室内熱交換器３、室内送風機１７が配設されている。

室外機１８側で除霜開始と判断された時に圧縮機１、冷媒加熱用二方弁７及び２１、除霜用二方弁１０、減圧器４、室外送風機１９、四方弁２、加熱器ヒータ１３及び２４が動作することにより除霜運転が行われる。

このとき、冷凍サイクルに連結された室内熱交換器３と減圧器４の間と四方弁２と室外熱交換器５の間を連結された第１のバイパス回路６の二方弁７と、第２のバイパス回路２０の二方弁２１を開放して、冷媒加熱器８及び２２で加熱された冷媒を圧縮機１の吸入側に流す第１のバイパス運転と第２のバイパス運転を行う。

また、第３のバイパス回路９の二方弁１０を開放して室外熱交換器５に冷媒を通過させる第３のバイパス運転を行う。

また、室外機１８から除霜開始の信号を室内機１６にて受信して、室内送風機１７を制御する。

除霜開始の判断をすると、ヒートポンプによる暖房運転から冷媒加熱運転による暖房運転に移行し、このときに冷媒加熱用二方弁７及び２１をＯＮして開方向に制御する。また加熱器ヒータ１３及び２４をＯＮして冷媒加熱運転を行う。また室外送風機１９は除霜中停止する。四方弁２は、暖房を継続するため、暖房回路のままで除霜中も切換えをしない。また室内送風機１７は暖房を継続するので、停止することはない。次に除霜を行うため
に除霜用二方弁１０をＯＮして開方向に制御する。また圧縮機１は、除霜用の運転周波数で運転する。次に除霜終了と共に除霜する前の動作に戻り、通常のヒートポンプ暖房運転に復帰する。

実施の形態１では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。またバイパスを増やして冷媒加熱器を２台以上にし、冷媒加熱量を多くすることで熱量パワーを補い、加熱された冷媒循環量を増加させるので、除霜能力を上げることができ、短時間で除霜を実施することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における空気調和装置の構成図を示すものである。

本実施の形態において実施の形態１と異なる点は、第１のバイパス回路６の二方弁７および第２のバイパス回路２０の二方弁２１を、電磁膨張弁７及び２１として構成している。この場合でも暖房を継続して除霜することができる。室外熱交換器５の除霜を行う際、第１のバイパス回路６の電磁膨張弁７および第２のバイパス回路２０の電磁膨張弁２１を閉弁または閉塞に近い絞り運転させることで、冷媒加熱器８及び２２で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す冷媒循環量を調整することができる。また、第３のバイパス回路９の二方弁１０を電磁膨張弁１０として構成することで着霜量に応じた除霜運転を実施することができる。電磁膨張弁は、絞り機構が可変するものでも、さらに二方弁のように完全に流量を閉鎖せず一部のみ絞りがあるものでもよい。

（実施の形態３）
図３、図４、図５は、本発明の第３の実施の形態における空気調和装置の構成図を示すものである。

図３において、実施の形態１と異なる点は、第２のバイパス回路２０が前記冷凍サイクルに連結された前記第１のバイパス回路６の入口端面と前記第１のバイパス回路６の二方弁７との間と、前記四方弁２と前記室外熱交換器５の間に連結された構成となっている。この構成をなすことにより、冷凍サイクル構成を現行の室外機１８のスペースに合わせることができる。また室外機共用化が図れ、安価でかつ簡単な構成が可能となる。

また、図４のように、第２のバイパス回路２０が前記室内熱交換器３と前記減圧器４の間と、前記第１のバイパス回路６の冷媒加熱器８と前記第１のバイパス回路６の出口端面との間に連結された構成としてもよい。

また、図５のように、第２のバイパス回路２０が前記冷凍サイクルに連結された前記第１のバイパス回路６の入口端面と前記第１のバイパス回路６の二方弁７との間と、前記第１のバイパス回路６の冷媒加熱器８と前記第１のバイパス回路６の出口端面との間に連結された構成としてもよい。

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適用できる。

本発明の実施の形態１における空気調和装置の構成図 本発明の実施の形態２における空気調和装置の構成図 本発明の実施の形態３における空気調和装置の構成図 本発明の実施の形態３における空気調和装置の構成図 本発明の実施の形態３における空気調和装置の構成図 従来例の空気調和装置の構成図

符号の説明

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 冷媒加熱器
９ 第３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
１６ 室内機
１７ 室内送風機
１８ 室外機
１９ 室外送風機
２０ 第２のバイパス回路
２１ 冷媒加熱用二方弁
２２ 冷媒加熱器
２３ 冷媒加熱用減圧器
２４ 加熱器ヒータ
２５ 冷媒通過管部
２６ 蓄熱部

Claims (4)

1. 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、さらに前記第１のバイパス回路と同様に前記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３のバイパス回路を設け、前記第３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と前記第２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のバイパス運転と第２のバイパス運転と、前記第３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３のバイパス運転を行うことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記冷凍サイクルに連結された前記第１のバイパス回路と同様のバイパス回路を２本以上、設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記第１のバイパス回路および第２のバイパス回路の二方弁を電磁膨張弁とすることで、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第１のバイパス回路の電磁膨張弁もしくは前記第２のバイパス回路の電磁膨張弁は、閉弁または閉塞に近い絞り運転をすることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記第２のバイパス回路は、前記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、または前記第１のバイパス回路の入口端面と前記第１のバイパス回路の二方弁との間と、前記四方弁と前記室外熱交換器の間、または前記第１のバイパス回路の冷媒加熱器と前記第１のバイパス回路の出口端面との間に連結されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
   

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