JP2008039273A

JP2008039273A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2008039273A
Application number: JP2006213174A
Authority: JP
Inventors: Naoto Yamamura; 直人山村; Yoshikazu Nishihara; 義和西原; Mitsuhide Hikita; 光秀疋田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】暖房運転を継続しながら除霜運転が出来る空気調和装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１と、四方弁２と、室内熱交換器３と、減圧器４と、室外熱交換器５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を有し、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の間を連結すると共に冷媒加熱用膨張弁７及び冷媒加器８を有する第１のバイパス回路６を設け、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の間を連結すると共に二方弁１１を有する第２のバイパス回路９を設け、室外熱交換器５の除霜を行う際、冷媒加熱用膨張弁７を開放して、冷媒加熱器８で加熱された冷媒を圧縮機１の吸入側に流す運転の後、一定時間後に、二方弁１１を開放して室外熱交換器５に冷媒を通過させる運転を行うことで、暖房運転をしながら除霜運転ができ、又、除霜運転時に四方弁２を切り換えないので冷媒音も発生しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置に関するもので、特に、ヒートポンプ式の空気調和装置に関するものである。

従来、この種の空気調和器の除霜は、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、室外熱交換器に付着した霜を融解するものであり、室外熱交換器に付着した霜が融解され霜が無くなると同時に除霜運転を終了し、暖房運転に切り換えられるようになっている。

しかしながら、このような除霜方式では、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った。

この基本的課題を解決するものとして、暖房運転を継続しながら除霜運転を行なうようにした空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、上記特許文献１に記載された従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成図である。

同図において、従来の空気調和装置は、圧縮機１０１と、四方弁１０２と、室内熱交換器１１０と、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を備え、膨張機構１０５と室外熱交換器１０３の間と、前記圧縮機１０１の吸入側の間を連結し、二方弁１０８と冷媒加熱器１０４を有する冷媒加熱回路と、圧縮機１０１の吐出側と室外熱交換器１０３と四方弁１０２の間を連結して、二方弁１０９ａとキャピラリチューブ１０９ｂを有する除霜用回路１０９がそれぞれ設けられている。１０６、１０７は二方弁である。

前記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。

上記従来の空気調和装置は、以上のように構成されているので、ヒートポンプ運転を行った際の室外熱交換器１０３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（図７）

しかしながら、このような従来の空気調和装置の冷凍サイクルの方式では、次のような課題があった。

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１０１の吸入側に、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、口径の大きなものが必要となり、非常に高価なものであった。

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。

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、複雑で高価なものであった。

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１０３に冷媒が流れ、逆であれば室内熱交換器１１０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、冷媒加熱器１０４が大型になってしまうという構造的課題もある。

さらに、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１０４に結露が発生して冷媒加熱器１０４の信頼性、安全性に大きな問題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、安価な構成で、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、暖房運転を継続しながら実施できると共に、室外熱交換器の除霜を行う際、暖房性能を落とさず、快適性を向上させた空気調和装置を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、減圧器と、室外熱交換器を冷媒回路で連結して構成されたヒートポンプ式冷凍サイクルを有し、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と共に冷媒加熱用膨張弁及び冷媒加熱器を有する第１のバイパス回路を設け、さらに前記四方弁と前記室内熱交換器の間又は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と共に二方弁を有する第２のバイパス回路を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記冷媒加熱用膨張弁の絞り量を変化させるもので、例えば、前記第１のバイパス回路の冷媒加熱用膨張弁を開放して、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のバイパス運転の後で、一定時間後に、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ようにすれば、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。また暖房運転を継続しながら、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、冷媒加熱部に極端に多くの冷媒が流れないことからコンパクトな冷媒加熱器で構成できる。

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。

本発明の空気調和装置は、安価な構成で、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、暖房運転を継続しながら実施できると共に、室外熱交換器の除霜を行う際、暖房性能を落とさず、快適性を向上させることができる。

第１の発明は、圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、減圧器と、室外熱交換器を冷媒回路で連結して構成されたヒートポンプ式冷凍サイクルを有し、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と共に冷媒加熱用膨張弁及び冷媒加熱器を有する第１のバイパス回路を設け、さらに前記四方弁と前記室内熱交換器の間又は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と共に二方弁を有する第２のバイパス回路を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記冷媒加熱用膨張弁の絞り量を変化させるもので、例えば、前記第１のバイパス回路の冷媒加熱用膨張弁を開放して、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のバイパス運転の後で、一定時間後に、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ようにすれば、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。また暖房運転を継続しながら、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。

また第１のバイパス回路に冷媒加熱用膨張弁を設けたことによって、室外熱交換器の除霜を行う際、室外の外気温度に応じて冷媒加熱用膨張弁の絞り量を変化させるようにすれ
ば、圧力の低下を少なくさせ、暖房性能を落とさず、快適性をさらに向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の第２のバイパス回路に除霜用膨張弁を設け、室外熱交換器の除霜を行う際、前記除霜用膨張弁の絞り量を変化させるもので、室外熱交換器の除霜を行う際、室外の外気温度に応じて膨張弁の絞り量を変化させるようにすれば、室外熱交換器に送り出される高圧冷媒ガスを少なくさせ、暖房性能を落とさず、快適性を向上させることができる。

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）
本発明の第１の実施の形態における空気調和装置について、図１〜４を用いて説明する。図１は、本実施の形態における空気調和装置の構成図である。

図１において、本実施の形態における空気調和装置は、室外機２０と室内機１７から構成され、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、第１のバイパス回路６、冷媒加熱用膨張弁７、冷媒加熱器８、第２のバイパス回路９、除霜用膨張弁１０、第２のバイパス回路９の二方弁１１、第１のバイパス回路６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１８、外気温度センサ１９が配設されている。

又、室内機１７には、室内熱交換器３、室内送風機１６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。

図２は、本実施の形態における空気調和装置の制御ブロック図、図３は、同空気調和装置の制御を示すフローチャート、図４は、同制御による各部の動作のタイムチャートである。

図２では、室外機２０側で除霜開始判断が除霜開始判断手段５０でなされ、外気温度判断手段５８によって除霜開始と判断された時に圧縮機運転手段５１、冷媒加熱用膨張弁可変手段５２、除霜用二方弁開閉手段（除霜用膨張弁可変手段）５３、減圧器開度可変手段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５７が図４に示す動作をすることにより除霜運転が行われる。

このとき室外機２０から除霜開始信号を室内機１７で除霜開始信号受信手段５９で受信して、除霜運転の判断より室内送風機運転手段６０で室内送風機１６を制御する。

図３では、暖房運転中に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、外気温度センサ１９によって検出した外気温度値ａが、予め決めておいた外気温度値ｂ以上で、外気温度値ｃ未満の時には冷媒加熱用膨張弁７の開度をｂ１とし、また、予め決めておいた外気温度値ｃ以上で外気温度値ｄ未満の時には、冷媒加熱用膨張弁７の開度をｃ１とし、また、予め決めておいた外気温度値ｄ以上の時には冷媒加熱用膨張弁７の開度をｄ１とし除霜運転が開始され、除霜運転が終了すると通常の暖房運転にもどすようにする。

図４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膨張弁７は外気温度によって決められた開度に開かれる。

また冷媒加熱ヒータ１３をＯＮして冷媒加熱運転を行う。このとき減圧器４は閉塞運転かまたは閉塞に近い運転を行う。

また室外送風機１８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り替えしない。また室内送風機１６は、暖房を継続するので、停止することはない。

次にステップ３で、除霜を行うために除霜用の二方弁１１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。

次にステップ４で、除霜終了と共に除霜する前の動作に戻る。

次にステップ５以降で通常のヒートポンプ暖房運転に復帰する。

上記実施の形態では、圧縮機１の運転周波数を変化させているが、一定速の圧縮機でも暖房を継続して除霜運転を行うことができる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１のバイパス回路６の冷媒加熱用膨張弁７を開放して、冷媒加熱器８で加熱された冷媒を圧縮機１の吸入側に流す第１のバイパス運転の後で、一定時間後に、第２のバイパス回路９の二方弁１１を開放して室外熱交換器５に冷媒を通過させる第２のバイパス運転を行うことにより、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。また暖房運転を継続しながら、除霜運転を行うため、四方弁２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２を切り換えないため、圧力変動が小さく、圧縮機１のオイル変動も小さいことから圧縮機１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１の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１の信頼性の高い運転ができる。

また冷房運転を行った場合でも、冷媒加熱器８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。

また第１のバイパス回路６に冷媒加熱用膨張弁７を設けたことによって、室外熱交換器５の除霜を行う際、室外の外気温度に応じて冷媒加熱用膨張弁７の絞り量を変化させることにより、圧力の低下を少なくさせ、暖房性能を落とさず、快適性をさらに向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、第２のバイパス回路９の一端を、四方弁２と室内熱交換器３との間に連結したが、圧縮機１と四方弁２との間に接続しても、動作、作用は同じである。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態２における空気調和装置の制御を示すフローチャート、図６は、同制御による各部の動作のタイムチャートである。なお、上記第１の実施の
形態における空気調和装置と同一部分について同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態は、図５、６に示すように、暖房運転中に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、外気温度センサ１９によって検出した外気温度値ａが、予め決めておいた外気温度値ｂ以上で外気温度値ｃ未満の時には、冷媒加熱用膨張弁７の開度をｂ１とし、除霜用膨張弁１０の開度をｂ２とし、また、予め決めておいた外気温度値ｃ以上で外気温度値ｄ未満の時には冷媒加熱用膨張弁７の開度をｃ１とし、除霜用膨張弁１０の開度をｃ２とし、さらに、予め決めておいた外気温度値ｄ以上の時には冷媒加熱用膨張弁７の開度をｄ１とし、除霜用膨張弁１０の開度をｄ２として、除霜運転を開し、除霜運転が終了すると通常暖房運転に戻るようにしたものである。

図６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膨張弁７は、上記のように外気温度によって決められた開度に開かれる。

また室外送風機１８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り替えしない。

また室内送風機１６は、暖房を継続するので、停止することはない。

次にステップ３で、除霜を行うための除霜用膨張弁１０は外気温度によって決められた開度に開かれる。また圧縮機１は、除霜用の運転周波数で運転する。次にステップ４で除霜終了と共に除霜する前の動作に戻る。次にステップ５以降で通常のヒートポンプ暖房運転に復帰する。

なお、圧縮機１は、容量可変方式の圧縮機１においても、同じ効果が得られるので、ここでは方式を限定せず単に圧縮機１と表現とした。

以上のように、本実施の形態によれば、室外熱交換器５の除霜を行う際、室外の外気温度に応じて除霜用膨張弁１０の絞り量を変化させることにより、室外熱交換器５に送り出される高圧冷媒ガスを少なくさせ、暖房性能を落とさず、快適性を向上させることができる。

以上のように本発明に係る空気調和装置は、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。

本発明の実施の形態１における空気調和装置の構成図同空気調和装置の制御ブロック図同空気調和装置の制御を示すフローチャート同制御による各部の動作のタイムチャート本発明の実施の形態２における空気調和装置の制御を示すフローチャート同制御による各部の動作のタイムチャート従来の空気調和装置の構成を示す図

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冷媒加熱用膨張弁
８冷媒加熱器
９第２のバイパス回路
１０除霜用膨張弁
１１二方弁（除霜用）
１２二方弁（冷媒加熱用）
１３冷媒加熱ヒータ
１４冷媒通過管部
１５蓄熱部
１６室内送風機
１７室内機
１８室外送風機
１９外気温度センサ
２０室外機
５２冷媒加熱用膨張弁可変手段
５３除霜用二方弁可変手段（除霜用膨張弁可変手段）
５８外気温度判断手段

Claims

圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、減圧器と、室外熱交換器を冷媒回路で連結して構成されたヒートポンプ式冷凍サイクルを有し、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と共に冷媒加熱用膨張弁及び冷媒加熱器を有する第１のバイパス回路を設け、さらに前記四方弁と前記室内熱交換器の間又は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と共に二方弁を有する第２のバイパス回路を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記冷媒加熱用膨張弁の絞り量を変化させることを特徴とする空気調和装置。
第２のバイパス回路に除霜用膨張弁を設け、室外熱交換器の除霜を行う際、前記除霜用膨張弁の絞り量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。