JP2008241127A - 空気調和装置 - Google Patents

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淳 小泉
Takashi Furubayashi
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Abstract

【課題】圧縮機以外の熱源を用いることなく、デフロスト等に必要な熱量を獲得することができる空気調和装置の提供。
【解決手段】空気調和装置100,200,300,400は、圧縮機3と、室外熱交換器4と、室内熱交換器5と、電磁膨張弁EV1と、蓄熱材9と、蓄熱熱交換器8と、蓄熱配管90,121とを備えている。圧縮機3は冷媒を圧縮する。室外熱交換器4は少なくとも冷媒の蒸発器として機能し、室内熱交換器5は少なくとも冷媒の凝縮器として機能する。電磁膨張弁EV1は冷媒を減圧する。蓄熱材9は圧縮機3の近傍に配置されている。蓄熱熱交換器8は蓄熱材9と冷媒とを熱交換させる熱交換器として機能する。蓄熱配管90,121は、圧縮機3の吐出側から蓄熱材9の近傍まで延びている。
【選択図】図1

Description

本発明は、蓄熱材が圧縮機の近傍に配置される空気調和装置、特に、圧縮機から吐出される冷媒を蓄熱材の蓄熱に利用する空気調和装置に関する。
冬季など、気温が低くなると、空気調和装置に暖房運転をさせた場合、熱源側熱交換器に霜が堆積し、熱源側熱交換器の熱交換率が悪化する現象が知られている。このため、空気調和装置は、熱源側熱交換器に堆積した霜を除去するためにデフロスト運転を行う場合がある。
そして、特許文献1では、圧縮機から周囲へ放散される放散熱を利用して熱源側熱交換器のデフロストを行う空気調和装置が提案されている。この空気調和装置は、近傍に蓄熱材が配置されており、外周面に蓄熱熱交換器が巻装されている圧縮機を備えている。このため、この空気調和装置では、圧縮機から周囲へ放散される放散熱が蓄熱材に蓄えられ、この蓄熱が蓄熱熱交換器内を流れる冷媒に付与される。そして、この付与された熱によって、熱源側熱交換器のデフロストが行われる。しかし、気温が低い場合、デフロストに必要な熱量を蓄熱材に蓄えることができないおそれがある。
そこで、蓄熱材の近傍にヒーターを設置し、気温が低い場合に、このヒーターを起動させることで蓄熱材を加熱する。このため、圧縮機から放散される放散熱とともにヒーターから生じる熱が蓄熱材に蓄えられる。これによって、デフロストを行うために必要な熱量を獲得している。
特開平1−306785号公報
しかしながら、特許文献1の空気調和装置では、熱源側熱交換器のデフロストに必要な熱量を獲得するために、圧縮機以外にヒーターを熱源として用いている。
本発明の課題は、蓄熱材が近傍に配置されている圧縮機を備える空気調和装置において、圧縮機以外の熱源を用いることなく、デフロスト等に必要な熱量を獲得することができる空気調和装置を提供することにある。
第1発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、膨張機構と、蓄熱材と、蓄熱熱交換器と、蓄熱配管とを備えている。圧縮機は冷媒を圧縮する。熱源側熱交換器は少なくとも冷媒の蒸発器として機能し、利用側熱交換器は少なくとも冷媒の凝縮器として機能する。膨張機構は冷媒を減圧する。蓄熱材は圧縮機の近傍に配置されている。蓄熱熱交換器は蓄熱材と冷媒とを熱交換させる熱交換器として機能する。蓄熱配管は、圧縮機の吐出側から蓄熱材の近傍まで延びている。
従来、圧縮機から周囲への放散熱を蓄熱材に蓄熱し、この熱量を熱源側熱交換器のデフロスト等に利用する空気調和装置が提案されている。しかし、この空気調和装置には、気温が低い場合、蓄熱材への蓄熱が十分に行われないおそれがある。そこで、圧縮機以外の熱源を利用することで、デフロスト等に必要な熱量を獲得している。
これに対して、第1発明に係る空気調和装置では、圧縮機の近傍に蓄熱材が配置されており、圧縮機から吐出される冷媒が蓄熱材と熱交換可能な位置に導かれるように蓄熱配管が備えられている。このため、圧縮機から吐出される冷媒と蓄熱材との間で熱交換が行われることによって、蓄熱材には、圧縮機から周囲へ放散される放散熱が蓄えられるとともに、圧縮機から吐出される冷媒の熱が蓄えられる。これによって、圧縮機以外の熱源を用いることなく、デフロスト等に必要な熱量を獲得することができる。
なお、本発明の構成に加えて更にヒーター等の別熱源を用いて蓄熱材へ熱を供給することも考えられるが、その場合も従来と比較して別熱源の容量を小さくできるメリットが生じる。
第2発明に係る空気調和装置は、第1発明の空気調和装置であって、第1配管と第2配管とを更に備えている。第1配管は、利用側熱交換器が凝縮器として機能する場合、熱源側熱交換器から流出した冷媒を蓄熱熱交換器に導く。第2配管は、蓄熱熱交換器から流出した冷媒を熱源側熱交換器に導く。
第2発明に係る空気調和装置では、利用側熱交換器が凝縮器として機能する場合、利用側熱交換器から流出した冷媒が、第1配管を介して蓄熱熱交換器内を通過し、蓄熱熱交換器から流出した冷媒が第2配管を介して熱源側熱交換器に導かれる。このため、利用側熱交換器から流出した冷媒は、蓄熱熱交換器において蓄熱材と熱交換を行った後、熱源側熱交換器に導かれる。
これによって、熱源側熱交換器のデフロストを行うことができる。
第3発明に係る空気調和装置は、第2発明の空気調和装置であって、第1配管は、第1配管流量調節機構を有している。第1配管流量調節機構は、第1配管を流れる冷媒の流量を調節する。
第3発明に係る空気調和装置では、第1配管は、第1配管流量調節機構を有している。第1配管には、利用側熱交換器から流出した冷媒が流れており、この冷媒は、第1配管流量調節機構によって第1配管を流れる流量が調節される。このため、蓄熱配管を流れる冷媒の流量が調節され、蓄熱材と熱交換を行う冷媒の流量が調節される。
これによって、蓄熱材からの熱の供給量を調節することができる。
なお、第1配管流量調節機構とは、例えば、全開および全閉のみ可能な電磁弁であっても、開度を調節することができる電動弁であってもよい。
第4発明に係る空気調和装置は、第1発明から第3発明のいずれかの空気調和装置であって、蓄熱配管は、蓄熱配管流量調節機構を有している。蓄熱配管流量調節機構は、蓄熱配管を通過する冷媒の流量を調節する。
第4発明に係る空気調和装置では、蓄熱配管は、蓄熱配管流量調節機構を有している。蓄熱配管には、主に圧縮機から吐出される冷媒が流れており、この冷媒は蓄熱配管流量調節機構によって蓄熱配管を流れる流量が調節される。このため、蓄熱材と熱交換が行われる冷媒の流量を調節することができる。
これによって、蓄熱材への蓄熱量を調節することができる。
なお、蓄熱配管流量調節機構とは、例えば、全開および全閉のみ可能な電磁弁であっても、開度を調節することができる電動弁であってもよい。
第5発明に係る空気調和装置は、第1発明から第4発明のいずれかの空気調和装置であって、蓄熱配管は、圧縮機から吐出される冷媒を蓄熱熱交換器に導く。このため、圧縮機から吐出される冷媒は、蓄熱配管を介して蓄熱熱交換器に導かれる。
これによって、蓄熱熱交換器を流れる冷媒と蓄熱材との間で熱交換が行われる。
第6発明に係る空気調和装置は、第2発明または第3発明の空気調和装置であって、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を行う制御部を更に備えている。この空気調和装置において、蓄熱配管は、圧縮機から吐出される冷媒を蓄熱熱交換器に導く。
第6発明に係る空気調和装置では、制御部は、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転の制御を行う。暖房運転では、制御部は、圧縮機から吐出される冷媒が利用側熱交換器、減圧機構および熱源側熱交換器の順に通過して圧縮機に吸入されるように制御する。また、蓄熱運転では、制御部は、圧縮機から吐出される冷媒の一部が蓄熱配管を介して蓄熱熱交換器に導かれた後に熱源側熱交換器を通過して圧縮機に吸入されるように制御する。さらに、デフロスト運転では、制御部は、圧縮機から吐出される冷媒が利用側熱交換器を通過し第1配管を介して蓄熱熱交換器を通過し第2配管を介して熱源側熱交換器を通過して圧縮機に吸入されるように制御する。
これによって、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を実行することができる。
また、付随的な効果として、デフロスト運転時だけでなく、蓄熱運転時においても蓄熱熱交換器から流出した冷媒が熱源側熱交換器に導かれる。したがって、蓄熱運転時にも熱源側熱交換器のデフロストを行うことができる。
第7発明に係る空気調和装置は、第1発明から第5発明のいずれかの空気調和装置であって、第3配管を更に備えている。第3配管は、蓄熱熱交換器から利用側熱交換器に冷媒を導く。
これによって、蓄熱熱交換器から流出した冷媒を利用側熱交換器に導くことができる。
第8発明に係る空気調和装置は、第7発明の空気調和装置であって、第2配管は、第2配管流量調節機構を有している。第2配管流量調節機構は、第2配管を流れる冷媒の流量を調節する。
第8発明に係る空気調和装置では、第2配管は、第2配管流量調節機構を有している。第2配管には、蓄熱熱交換器から流出した冷媒が流れており、この冷媒は、第2配管流量調節機構によって第2配管を流れる流量が調節される。したがって、第3配管を流れる冷媒の流量が調節される。
これによって、利用側熱交換器により多くの冷媒を導くことができる。
なお、第2配管流量調節機構とは、例えば、全開および全閉のみ可能な電磁弁であっても、開度を調節することができる電動弁であってもよい。
第9発明に係る空気調和装置は、第1発明から第5発明のいずれかの空気調和装置であって、第4配管を更に備えている。第4配管は、蓄熱熱交換器から流出した冷媒を圧縮機の吸入側に導く。また、第4配管は減圧機構を有している。
第9発明に係る空気調和装置では、第4配管は減圧機構を有している。このため、蓄熱熱交換器から流出した冷媒を減圧し、圧縮機の吸入側に導くことができる。
これによって、圧縮機の負担を軽減させることができる。
第10発明に係る空気調和装置は、第1発明から第3発明のいずれかの空気調和装置であって、蓄熱配管は、蓄熱材の近傍から利用側熱交換器まで更に延びている。また、蓄熱配管は、圧縮機から吐出される冷媒を利用側熱交換器に導く。
第10発明に係る空気調和装置では、圧縮機の吐出側から蓄熱材の近傍まで延びている蓄熱配管は、更に、蓄熱材の近傍から利用側熱交換器まで延びている。このため、圧縮機から吐出される冷媒は、蓄熱材との間で熱交換が行われた後、利用側熱交換器に導かれることによって、蓄熱材には、圧縮機から周囲へ放散される放散熱が蓄えられるとともに、圧縮機から吐出される冷媒の熱が蓄えられる。
これによって、圧縮機以外の熱源を用いることなく、デフロスト等に必要な熱量を獲得することができる。
なお、本発明の構成に加えて更にヒーター等の別熱源を用いて蓄熱材へ熱を供給することも考えられるが、その場合も従来と比較して別熱源の容量を小さくできるメリットが生じる。
第1発明に係る空気調和装置では、圧縮機以外の熱源を用いることなく、デフロスト等に必要な熱量を獲得することができる。
第2発明に係る空気調和装置では、熱源側熱交換器のデフロストを行うことができる。
第3発明に係る空気調和装置では、蓄熱材からの熱の供給量を調節することができる。
第4発明に係る空気調和装置では、蓄熱材への蓄熱量を調節することができる。
第5発明に係る空気調和装置では、蓄熱熱交換器を流れる冷媒と蓄熱材との間で熱交換が行われる。
第6発明に係る空気調和装置では、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を実行することができる。
第7発明に係る空気調和装置では、蓄熱熱交換器から流出した冷媒を利用側熱交換器に導くことができる。
第8発明に係る空気調和装置では、より多くの冷媒を利用側熱交換器に導くことができる。
第9発明に係る空気調和装置では、圧縮機の負担を軽減させることができる。
第10発明に係る空気調和装置では、圧縮機以外の熱源を用いることなく、デフロスト等に必要な熱量を獲得することができる。
<第1実施形態>
〔空気調和装置の構成〕
本発明の第1実施形態に係る空気調和装置100の概略冷媒回路を図1に示す。
この空気調和装置100は、冷房運転および暖房運転のみならず蓄熱運転およびデフロスト運転も可能な空気調和装置であって、主冷媒回路20、第1デフロスト配管30、第2デフロスト配管31および蓄熱配管90を有する冷媒回路を備えている。第1デフロスト配管30および第2デフロスト配管31はデフロスト運転時、蓄熱配管90は蓄熱運転時に冷媒が流れる配管である。また、蓄熱配管90は、本実施形態では、主冷媒回路20および第1デフロスト配管30と一部重複している。
主冷媒回路20には、圧縮機3、四路切換弁7、室内熱交換器5、電磁膨張弁EV1、室外熱交換器4およびアキュムレータ11が配備されており、各機器は、図1に示されるように、冷媒配管を介して接続されている。また、主冷媒回路20は、圧縮機3の吐出側と四路切換弁7とを配管接続する吐出ガス配管20cと、四路切換弁7と室内熱交換器5とを配管接続する第1冷媒ガス配管21a、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒ガス配管21cと、室内熱交換器5と電磁膨張弁EV1とを配管接続する第1冷媒液配管22a、第2冷媒連絡配管22bおよび第2冷媒液配管22cと、電磁膨張弁EV1と室外熱交換器4とを配管接続する第3冷媒液配管23と、室外熱交換器4と四路切換弁7とを配管接続する第3冷媒ガス配管24と、四路切換弁7とアキュムレータ11とを配管接続する第4冷媒ガス配管25と、アキュムレータ11と圧縮機3の吸入側とを配管接続する吸入ガス配管26とから構成されている。なお、吐出ガス配管20cは、第1吐出ガス配管20aおよび第2吐出ガス配管20bから構成されている。
第1デフロスト配管30は、第1デフロスト部分配管30aおよび第2デフロスト部分配管30bから構成されており、一端が第2冷媒液配管22cに、他端が蓄熱熱交換器8に配管接続されている。また、第2デフロスト配管31は、一端が蓄熱熱交換器8に、他端が第3冷媒液配管23に配管接続されている。このように、第1デフロスト配管30と第2デフロスト配管31とは主冷媒回路20と接続されている。なお、以下、第1デフロスト配管30と第2冷媒液配管22cとの接合点を第1接合点DC1といい、第2デフロスト配管31と第3冷媒液配管23との接合点を第2接合点DC2という。そして、第1デフロスト配管30には、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とが配備されている。また、第2デフロスト配管31には、第2逆止弁42が配備されている。
また、本実施形態では、第1吐出ガス配管20a、第1蓄熱配管32および第2デフロスト部分配管30bが蓄熱配管90として機能する。第1蓄熱配管32は、一端が吐出ガス配管20cに、他端が第1デフロスト配管30に配管接続されている。なお、以下、第1蓄熱配管32と吐出ガス配管20cとの接合点を第3接合点HC1といい、第1蓄熱配管32と第1デフロスト配管30との接合点を第4接合点HC2という。また、第1蓄熱配管32には、第3電磁弁SV3が配備されている。
さらに、本実施形態では、空気調和装置100は、分離型の空気調和装置であって、室内ユニット2と、室外ユニット1とから構成されている。
室内ユニット2は、室内熱交換器5、第2冷媒ガス配管21c、第1冷媒液配管22aを主に有する。
室外ユニット1は、圧縮機3、四路切換弁7、電磁膨張弁EV1、アキュムレータ11、第1吐出ガス配管20a、第2吐出ガス配管20b、第1冷媒ガス配管21a、第2冷媒液配管22c、第3冷媒液配管23、第3冷媒ガス配管24、第4冷媒ガス配管25、吸入ガス配管26、蓄熱熱交換器8、第1デフロスト配管30、第1電磁弁SV1、第1逆止弁41、第2デフロスト配管31、第2逆止弁42、第1蓄熱配管32および第3電磁弁SV3を主に有する。
また、室内ユニット2と室外ユニット1とは、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒連絡配管22bによって配管接続されている。第1冷媒連絡配管21bは、室内ユニット2の第2冷媒ガス配管21cと室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aとを配管接続する。第2冷媒連絡配管22bは、室内ユニット2の第1冷媒液配管22aと室外ユニット1の第2冷媒液配管22cとを配管接続する。なお、室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aと第1冷媒連絡配管21bとは室外ユニット1のガス側閉鎖弁12を介して、室外ユニット1の第2冷媒液配管22cと第2冷媒連絡配管22bとは室外ユニット1の液側閉鎖弁13を介してそれぞれ接続されている。また、ガス側閉鎖弁12および液側閉鎖弁13は、これら配管を接続した後から開状態とされる。
なお、このように本実施形態に係る空気調和装置100をユニット単位で見た場合、第1接合点DC1、第2接合点DC2、第3接合点HC1および第4接合点HC2は室外ユニット1に属する。
(1)室内ユニット
室内ユニット2は、上記の構成要素以外に図示しない室内ファンを有している。
室内熱交換器5は、室内の空気と冷媒との間で熱交換をさせる。
室内ファンは、室内ユニット2内に室内の空気を取り込み、室内熱交換器5を介して冷媒と熱交換した後の空気である調和空気を再び室内へ送り出すためのファンである。
そして、この室内ユニット2は、このような構成を採用することによって、冷房運転時には室内ファンにより取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れる液冷媒とを熱交換させて調和空気(冷気)を生成することが可能となっている。また、暖房運転時、蓄熱運転時およびデフロスト運転時には室内ファンにより内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れるガス冷媒とを熱交換させて調和空気(暖気)を生成することが可能となっている。
(2)室外ユニット
室外ユニット1は、上記の構成要素以外に蓄熱材9と蓄熱槽10とを有している。
圧縮機3は、吸入ガス配管26を流れる低圧のガス冷媒を吸入して圧縮した後、第1吐出ガス配管20aに吐出する。
四路切換弁7は、各運転に対応して、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、圧縮機3の吐出側と室外熱交換器4のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室内熱交換器5のガス側とを接続する。また、暖房運転時、蓄熱運転時およびデフロスト運転時には、四路切換弁7は、圧縮機3の吐出側と室内熱交換器5のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室外熱交換器4のガス側とを接続する。
室外熱交換器4は、冷房運転時において、圧縮機3から吐出される高圧のガス冷媒を室外の空気を熱源として凝縮させることが可能であり、暖房運転時には、室内熱交換器5から戻る液冷媒を蒸発させることが可能である。
アキュムレータ11は、第4冷媒ガス配管25を流れる冷媒が気液二相状態の冷媒の場合、液冷媒とガス冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機3の吸入側に送る。
蓄熱槽10には、蓄熱材9が充填されており、圧縮機3および蓄熱熱交換器8が収容されている。
蓄熱材9は、運転中に高温状態となる圧縮機3から周囲への放散熱を蓄える。さらに、蓄熱材9は、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱熱交換器8に導かれる場合、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒の温熱を蓄える。また、蓄熱材9としては、例えば、ポリエチレングリコール、トレイトール、パラフィン、酢酸ナトリウム3水和物、硫酸ナトリウム10水和物等が挙げられる。
蓄熱熱交換器8は、圧縮機3のケーシング外周に巻装されており、内部を流れる冷媒と蓄熱槽10に充填されている蓄熱材9との間で熱交換をさせる。
第1デフロスト配管30は、開閉可能な第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とを有している。第1デフロスト配管30において、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とは冷媒の流れに対して直列に配置されている。なお、第1電磁弁SV1および第1逆止弁41は第1デフロスト部分配管30aに配置されている。そして、第1電磁弁SV1は第1接合点DC1側に、第1逆止弁41は第4接合点HC2側に配置される。また、第1逆止弁41は、第1接合点DC1から第4接合点HC2に向かう冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第2デフロスト配管31は、第2逆止弁42を有している。第2逆止弁42は、蓄熱熱交換器8から第2接合点DC2への冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第1蓄熱配管32は、上述したように第3電磁弁SV3を有している。
室外ユニット1は、このような構成を採用することによって、蓄熱運転時には、蓄熱熱交換器8を流れるガス冷媒の温熱を蓄熱材9に蓄え、デフロスト運転時には、蓄熱熱交換器8を流れる液冷媒に蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給することによってその液冷媒を蒸発させることが可能となっている。なお、この蓄熱材9は、融点がおよそ30℃から40℃であり、潜熱として温熱を蓄えることが可能となっている。
(3)制御部
空気調和装置100が備える制御部70aを図2に示す。制御部70aは、電磁膨張弁EV1、第1電磁弁SV1、第3電磁弁SV3、四路切換弁7等の構成部品を制御する。
〔空気調和装置の動作〕
空気調和装置100の運転動作について、図1、図3を用いて説明する。この空気調和装置100は、上述したように冷房運転、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を行うことが可能である。
(1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁7が図1の破線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室外熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室内熱交換器5のガス側に接続された状態となる。また、第1電磁弁SV1および第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4において凝縮されて液冷媒となる。
そして、この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られる。電磁膨張弁EV1に送られた液冷媒は、減圧された後に、室内熱交換器5に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。
そして、このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
(2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁7が図1の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、第1電磁弁SV1および第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して、室内熱交換器5に供給される。
そして、このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、電磁膨張弁EV1に送られて減圧された後、室外熱交換器4に送られる。減圧された液冷媒は、室外熱交換器4において蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
(3)蓄熱運転
蓄熱運転は、室外熱交換器4のデフロストを行うために必要な熱量を蓄熱材9に蓄えるために行われる運転である。
蓄熱運転時は、四路切換弁7が図1の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、第1電磁弁SV1はOFFされて閉状態とされ、第3電磁弁SV3はONされて開状態とされる。
この冷媒回路の状態では、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、第3接合点HC1に至る。そして、第3接合点HC1に至ったガス冷媒は、その後、四路切換弁7を経由して室内熱交換器5に向かう経路である第1経路と、第4接合点HC2を経由して蓄熱熱交換器8に向かう経路である第2経路とに分配される。
第1経路に分配されたガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、電磁膨張弁EV1に送られる。電磁膨張弁EV1に送られた液冷媒は、減圧された後に第2接合点DC2に至る。
一方、第2経路に分配されたガス冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9を加熱する。この蓄熱材9は、固相から液相に相転移し、ガス冷媒から供給される温熱を主に潜熱として蓄える。その後、このガス冷媒は、第2接合点DC2に至る。
そして、第1経路を経由して第2接合点DC2に至った液冷媒と、第2経路を経由して第2接合点DC2に至ったガス冷媒とは、第2接合点DC2で合流した後、室外熱交換器4に送られる。この合流した冷媒は、室外熱交換器4において蒸発されてガス冷媒となる。その後、このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。
なお、この蓄熱運転は、主に暖房運転時に室内が設定温度以上となると自動的に切り替わる。また、蓄熱運転は、蓄熱槽10に設けられている蓄熱材9の温度検出用の温度センサの値が所定値以上になると自動的に暖房運転に切り換わるようになっている。
(4)デフロスト運転
デフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面に付着した霜を融解するための運転であり、主に蓄熱運転によって蓄熱材9に蓄えられた熱量を利用して行われる。
デフロスト運転時は、四路切換弁7が図1の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、電磁膨張弁EV1は全閉状態とされる。さらに、第1電磁弁SV1はONされて開状態とされ、第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態では、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して室内熱交換器5に供給される。そして、このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は第1接合点DC1に至り、第4接合点HC2を経由して蓄熱熱交換器8に至る。そして、蓄熱熱交換器8に至った液冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給されることによって、蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、第2接合点DC2を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4の外表面に付着している霜を融解する。その後、このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。
また、このデフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面の温度や外気温などのパラメータに基づいて暖房運転から自動的に切り替わる。また、このデフロスト運転は、所定時間(例えば10分間)継続して行われる。
<特徴>
(1)
従来、圧縮機から周囲への放散熱を蓄熱材に蓄え、この蓄熱を圧縮機の外周面に設けられている蓄熱熱交換器内を流れる冷媒に付与することで室外熱交換器のデフロストを行う空気調和装置が提案されている。しかし、気温が低い場合、室外熱交換器のデフロストに必要な熱量を蓄熱材に蓄えることができないおそれがある。
上記実施形態では、蓄熱材9が充填されており、圧縮機3および蓄熱熱交換器8が収容されている蓄熱槽10を備える空気調和装置100において、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱材9と熱交換可能な位置に導かれるように蓄熱配管90が備えられている。このため、圧縮機3から吐出される冷媒と蓄熱材9との間で熱交換が行われることによって、蓄熱材9には、圧縮機3から周囲へ放散される放散熱が蓄えられるとともに、圧縮機3から吐出される冷媒の熱が蓄えられる。したがって、蓄熱材9において、室外熱交換器4のデフロストに必要な熱量を獲得することができる。
(2)
上記実施形態では、空気調和装置100は、室内熱交換器5から流出した冷媒を蓄熱熱交換器8に導く第1デフロスト配管30と、蓄熱熱交換器8から流出した冷媒を室外熱交換器4に導く第2デフロスト配管31とを備えている。このため、室内熱交換器5から流出した冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9と熱交換を行った後、室外熱交換器4に導かれる。したがって、室外熱交換器4のデフロストを行うことができる。
(3)
上記実施形態では、第1蓄熱配管32は、圧縮機3の吐出側に配置されている吐出ガス配管20cから分岐し、第1デフロスト配管30に接続されている。このため、圧縮機3から吐出される冷媒を蓄熱熱交換器8に導くことができる。したがって、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒と蓄熱材9との間で熱交換を行うことができる。また、吐出ガス配管20cとは別に、圧縮機3の吐出側から蓄熱熱交換器8に冷媒を導く配管を設けた場合よりも、部品点数およびコストを削減することができる。
(4)
上記実施形態では、空気調和装置100は、冷房運転、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を行う制御部70aを備えている。したがって、冷房運転、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を実行することができている。
さらに、蓄熱運転時には、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱熱交換器8において蓄熱材9と熱交換された後、室外熱交換器4に導かれる。したがって、デフロスト運転時だけでなく、蓄熱運転時にも室外熱交換器4のデフロストを行うことができる。
〔変形例〕
(A)
本発明の第1実施形態では、第1デフロスト部分配管30aには、第1デフロスト配管30を流れる冷媒の流れを制御するために、第1電磁弁SV1が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、第1デフロスト配管30を通過する冷媒の流量を調節することができる。このため、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒の流量が調節され、蓄熱材9と熱交換を行う冷媒の流量を調節することができる。したがって、蓄熱材9からの熱の供給量を調節することができる。
(B)
本発明の第1実施形態では、第1蓄熱配管32には、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱配管90を通過して蓄熱熱交換器8に導かれるように、第3電磁弁SV3が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、蓄熱熱交換器8に導かれる冷媒の流量を調節することができる。このため、蓄熱材9と熱交換が行われる冷媒の流量を調節することができる。したがって、蓄熱材9への蓄熱量を調節することができる。
<第2実施形態>
〔空気調和装置の構成〕
本発明の第2実施形態に係る空気調和装置200の概略冷媒回路を図4に示す。
この空気調和装置200は、冷房運転および暖房運転のみならず蓄熱運転およびデフロスト運転も可能な空気調和装置であって、主冷媒回路20、第1デフロスト配管30、第2デフロスト配管31、蓄熱配管90および第2蓄熱配管33を有する冷媒回路を備えている。第1デフロスト配管30および第2デフロスト配管31はデフロスト運転時、蓄熱配管90および第2蓄熱配管33は蓄熱運転時に冷媒が流れる配管である。また、蓄熱配管90は、本実施形態では、主冷媒回路20および第1デフロスト配管30と一部重複している。
主冷媒回路20には、圧縮機3、四路切換弁7、室内熱交換器5、電磁膨張弁EV1、室外熱交換器4およびアキュムレータ11が配備されており、各機器は、図4に示されるように、冷媒配管を介して接続されている。また、主冷媒回路20は、圧縮機3の吐出側と四路切換弁7とを配管接続する吐出ガス配管20cと、四路切換弁7と室内熱交換器5とを配管接続する第1冷媒ガス配管21a、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒ガス配管21cと、室内熱交換器5と電磁膨張弁EV1とを配管接続する第1冷媒液配管22a、第2冷媒連絡配管22bおよび第2冷媒液配管22cと、電磁膨張弁EV1と室外熱交換器4とを配管接続する第3冷媒液配管23と、室外熱交換器4と四路切換弁7とを配管接続する第3冷媒ガス配管24と、四路切換弁7とアキュムレータ11とを配管接続する第4冷媒ガス配管25と、アキュムレータ11と圧縮機3の吸入側とを配管接続する吸入ガス配管26とから構成されている。なお、吐出ガス配管20cは、第1吐出ガス配管20aおよび第2吐出ガス配管20bから構成されている。
第1デフロスト配管30は、第1デフロスト部分配管30aおよび第2デフロスト部分配管30bから構成されており、一端が第2冷媒液配管22cに、他端が蓄熱熱交換器8に配管接続されている。また、第2デフロスト配管31は、一端が蓄熱熱交換器8に、他端が第3冷媒液配管23に配管接続されている。このように、第1デフロスト配管30と第2デフロスト配管31とは主冷媒回路20と接続されている。さらに、第2蓄熱配管33は、一端が吐出ガス配管20cに、他端が第2デフロスト配管31に配管接続されている。なお、以下、第1デフロスト配管30と第2冷媒液配管22cとの接合点を第1接合点DC1、第2デフロスト配管31と第3冷媒液配管23との接合点を第2接合点DC2、第2蓄熱配管33と第2デフロスト配管31との接合点を第5接合点HC3、第2蓄熱配管33と吐出ガス配管20cとの接合点を第6接合点HC4という。そして、第1デフロスト配管30には、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とが配備されている。また、第2デフロスト配管31には、第2電磁弁SV2と第2逆止弁42とが配備されている。さらに、第2蓄熱配管33には、第3逆止弁44が配備されている。
また、本実施形態では、第1吐出ガス配管20a、第1蓄熱配管32および第2デフロスト部分配管30bが蓄熱配管90として機能する。第1蓄熱配管32は、一端が吐出ガス配管20cに、他端が第1デフロスト配管30に配管接続されている。なお、以下、第1蓄熱配管32と吐出ガス配管20cとの接合点を第3接合点HC1といい、第1蓄熱配管32と第1デフロスト配管30との接合点を第4接合点HC2という。そして、第1蓄熱配管32には、第3電磁弁SV3が配備されている。
さらに、本実施形態では、空気調和装置200は、分離型の空気調和装置であって、室内ユニット2と、室外ユニット1とから構成されている。
室内ユニット2は、室内熱交換器5、第2冷媒ガス配管21c、第1冷媒液配管22aを主に有する。
室外ユニット1は、圧縮機3、四路切換弁7、電磁膨張弁EV1、アキュムレータ11、第1吐出ガス配管20a、第2吐出ガス配管20b、第1冷媒ガス配管21a、第2冷媒液配管22c、第3冷媒液配管23、第3冷媒ガス配管24、第4冷媒ガス配管25、吸入ガス配管26、蓄熱熱交換器8、第1デフロスト配管30、第1電磁弁SV1、第1逆止弁41、第2デフロスト配管31、第2電磁弁SV2、第2逆止弁42、第2蓄熱配管33、第3逆止弁44、第1蓄熱配管32および第3電磁弁SV3を主に有する。
また、室内ユニット2と室外ユニット1とは、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒連絡配管22bによって配管接続されている。第1冷媒連絡配管21bは、室内ユニット2の第2冷媒ガス配管21cと室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aとを配管接続する。第2冷媒連絡配管22bは、室内ユニット2の第1冷媒液配管22aと室外ユニット1の第2冷媒液配管22cとを配管接続する。なお、室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aと第1冷媒連絡配管21bとは室外ユニット1のガス側閉鎖弁12を介して、室外ユニット1の第2冷媒液配管22cと第2冷媒連絡配管22bとは室外ユニット1の液側閉鎖弁13を介してそれぞれ接続されている。また、ガス側閉鎖弁12および液側閉鎖弁13は、これら配管を接続した後から開状態とされる。
なお、このように本実施形態に係る空気調和装置200をユニット単位で見た場合、第1接合点DC1、第2接合点DC2、第3接合点HC1、第4接合点HC2、第5接合点HC3および第6接合点HC4は室外ユニット1に属する。
(1)室内ユニット
室内ユニット2は、上記の構成要素以外に図示しない室内ファンを有している。
室内熱交換器5は、室内の空気と冷媒との間で熱交換をさせる。
室内ファンは、室内ユニット2内に室内の空気を取り込み、室内熱交換器5を介して冷媒と熱交換した後の空気である調和空気を再び室内へ送り出すためのファンである。
そして、この室内ユニット2は、このような構成を採用することによって、冷房運転時には室内ファンにより取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れる液冷媒とを熱交換させて調和空気(冷気)を生成することが可能となっている。また、暖房運転時、蓄熱運転時およびデフロスト運転時には室内ファンにより内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れるガス冷媒とを熱交換させて調和空気(暖気)を生成することが可能となっている。
(2)室外ユニット
室外ユニット1は、上記の構成要素以外に蓄熱材9と蓄熱槽10とを有している。
圧縮機3は、吸入ガス配管26を流れる低圧のガス冷媒を吸入して圧縮した後、第1吐出ガス配管20aに吐出する。
四路切換弁7は、各運転に対応して、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、圧縮機3の吐出側と室外熱交換器4のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室内熱交換器5のガス側とを接続する。また、暖房運転時、蓄熱運転時およびデフロスト運転時には、四路切換弁7は、圧縮機3の吐出側と室内熱交換器5のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室外熱交換器4のガス側とを接続する。
室外熱交換器4は、冷房運転時において、圧縮機3から吐出される高圧のガス冷媒を室外の空気を熱源として凝縮させることが可能であり、暖房運転時には、室内熱交換器5から戻る液冷媒を蒸発させることが可能である。
アキュムレータ11は、第4冷媒ガス配管25を流れる冷媒が気液二相状態の冷媒の場合、液冷媒とガス冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機3の吸入側に送る。
蓄熱槽10には、蓄熱材9が充填されており、圧縮機3および蓄熱熱交換器8が収容されている。
蓄熱材9は、運転中に高温状態となる圧縮機3から周囲への放散熱を蓄える。さらに、蓄熱材9は、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱熱交換器8に導かれる場合、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒の温熱を蓄える。また、蓄熱材9としては、例えば、ポリエチレングリコール、トレイトール、パラフィン、酢酸ナトリウム3水和物、硫酸ナトリウム10水和物等が挙げられる。
蓄熱熱交換器8は、圧縮機3のケーシング外周に巻装されており、内部を流れる冷媒と蓄熱槽10に充填されている蓄熱材9との間で熱交換をさせる。
第1デフロスト配管30は、開閉可能な第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とを有している。第1デフロスト配管30において、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とは冷媒の流れに対して直列に配置されている。なお、第1電磁弁SV1および第1逆止弁41は、第1デフロスト部分配管30aに配置されている、そして、第1電磁弁SV1は第1接合点DC1側に、第1逆止弁41は第4接合点HC2側に配置される。また、第1逆止弁41は、第1接合点DC1から第4接合点HC2に向かう冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第2デフロスト配管31は、第2電磁弁SV2と第2逆止弁42とを有している。第2デフロスト配管31において、第2電磁弁SV2と第2逆止弁42とは冷媒の流れに対して直列に配置されている。なお、第2電磁弁SV2は第5接合点HC3側に、第2逆止弁42は第2接合点DC2側に配置される。また、第2逆止弁42は、第5接合点HC3から第2接合点DC2に向かう冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第2蓄熱配管33は、第3逆止弁44を有している。第3逆止弁44は、第5接合点HC3から第6接合点HC4に向かう冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第1蓄熱配管32は、上述したように第3電磁弁SV3を有している。
室外ユニット1は、このような構成を採用することによって、蓄熱運転時には、蓄熱熱交換器8を流れるガス冷媒の温熱を蓄熱材9に蓄え、デフロスト運転時には、蓄熱熱交換器8を流れる液冷媒に蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給することによって、その液冷媒を蒸発させることが可能となっている。なお、この蓄熱材9は、融点がおよそ30℃から40℃であり、潜熱として温熱を蓄えることが可能となっている。
(3)制御部
空気調和装置200が備える制御部70bを図5に示す。制御部70bは、電磁膨張弁EV1、第1電磁弁SV1、第2電磁弁SV2、第3電磁弁SV3、四路切換弁7等の構成部品を制御する。
〔空気調和装置の動作〕
空気調和装置200の運転動作について、図4、図6を用いて説明する。この空気調和装置200は、上述したように冷房運転、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を行うことが可能である。
(1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁7が図4の破線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室外熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室内熱交換器5のガス側に接続された状態となる。また、第1電磁弁SV1、第2電磁弁SV2、および第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4において凝縮されて液冷媒となる。
そして、この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られる。電磁膨張弁EV1に送られた液冷媒は、減圧された後、室内熱交換器5に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。
そして、このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
(2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁7が図4の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、第1電磁弁SV1、第2電磁弁SV2および第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して、室内熱交換器5に供給される。
そして、このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られて、減圧された後に室外熱交換器4に送られる。減圧された液冷媒は、室外熱交換器4において蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
(3)蓄熱運転
蓄熱運転は、室外熱交換器4のデフロストを行うために必要な熱量を蓄熱材9に蓄えるために行われる運転である。
蓄熱運転時は、四路切換弁7が図4の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、第1電磁弁SV1と第2電磁弁SV2とはOFFされて閉状態とされ、第3電磁弁SV3はONされて開状態となる。
この冷媒回路の状態では、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、第3接合点HC1に至る。そして、第3接合点HC1に至ったガス冷媒は、その後、直接第6接合点HC4に向かう経路である第1経路と、第4接合点HC2を経由して蓄熱熱交換器8に向かう経路である第2経路とに分配される。
第2経路に分配されたガス冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9を加熱する。この蓄熱材9は、固相から液相に相転移し、ガス冷媒から供給される温熱を主に潜熱として蓄える。その後、このガス冷媒は、第5接合点HC3を経由して第6接合点HC4に至る。
そして、第1経路を経て第6接合点HC4に至ったガス冷媒と、第2経路を経て第6接合点HC4に至ったガス冷媒とは、第6接合点HC4で合流する。合流したガス冷媒は、四路切換弁7を経由して室内熱交換器5に送られる。このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られる。電磁膨張弁EV1に送られた液冷媒は、減圧された後に室外熱交換器4に送られて、室外熱交換器4において蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、四路切換弁7,アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。
なお、この蓄熱運転は、主に暖房運転時に室内が設定温度以上となると自動的に切り替わる。また、蓄熱運転は、蓄熱槽10に設けられている蓄熱材9の温度検出用の温度センサの値が所定値以上になると自動的に暖房運転に切り換わるようになっている。
(4)デフロスト運転
デフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面に付着した霜を融解するための運転であり、主に蓄熱運転によって蓄熱材9に蓄えられた熱量を利用して行われる。
デフロスト運転時は、四路切換弁7が図4の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、電磁膨張弁EV1は全閉状態とされる。さらに、第1電磁弁SV1と第2電磁弁SV2とはONされて開状態とされ、第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態では、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して室内熱交換器5に供給される。そして、このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、第1接合点DC1に至る。第1接合点DC1側に至った液冷媒は、第4接合点HC2を経由して蓄熱熱交換器8に至る。そして、蓄熱熱交換器8に至った液冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給されることによって、その液冷媒が蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、第2接合点DC2を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4の外表面に付着している霜を融解する。そして、このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。
また、このデフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面の温度や外気温などのパラメータに基づいて暖房運転から自動的に切り替わる。また、このデフロスト運転は、所定時間(例えば10分間)継続して行われる。
<特徴>
(1)
上記実施形態では、蓄熱材9が充填されており、圧縮機3および蓄熱熱交換器8が収容されている蓄熱槽10を備える空気調和装置200において、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱材9と熱交換可能な位置に導かれるように蓄熱配管90が備えられている。このため、圧縮機3から吐出される冷媒と蓄熱材9との間で熱交換が行われることによって、蓄熱材9には、圧縮機3から周囲へ放散される放散熱が蓄えられるとともに、圧縮機3から吐出される冷媒の熱が蓄えられる。したがって、蓄熱材9において、室外熱交換器4のデフロストに必要な熱量を獲得することができる。
(2)
上記実施形態では、空気調和装置200は、室内熱交換器5から流出した冷媒を蓄熱熱交換器8に導く第1デフロスト配管30と、蓄熱熱交換器8から流出した冷媒を室外熱交換器4に導く第2デフロスト配管31とを備えている。このため、室内熱交換器5から流出した冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9と熱交換を行った後、室外熱交換器4に導かれる。したがって、室外熱交換器4のデフロストを行うことができる。
(3)
上記実施形態では、第1蓄熱配管32は、圧縮機3の吐出側に配置されている吐出ガス配管20cから分岐し、第1デフロスト配管30に接続されている。このため、圧縮機3から吐出される冷媒を蓄熱熱交換器8に導くことができる。したがって、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒と蓄熱材9との間で熱交換を行うことができる。また、吐出ガス配管20cとは別に、圧縮機3の吐出側から蓄熱熱交換器8に冷媒を導く配管を設けた場合よりも、部品点数およびコストを削減することができる。
(4)
上記実施形態では、空気調和装置200は、第2蓄熱配管33と第2電磁弁SV2とを備えている。これによって、蓄熱熱交換器8から流出した冷媒を室内熱交換器5に導くことができる。したがって、第2蓄熱配管33を備えていない冷媒回路よりも多くの冷媒を室内熱交換器5に導くことができる。
〔変形例〕
(A)
本発明の第2実施形態では、第1デフロスト部分配管30aには、第1デフロスト配管30を流れる冷媒の流れを制御するために、第1電磁弁SV1が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、第1デフロスト配管30を通過する冷媒の流量を調節することができる。このため、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒の流量が調節され、蓄熱材9と熱交換を行う冷媒の流量を調節することができる。したがって、蓄熱材からの熱の供給量を調節することができる。
(B)
本発明の第2実施形態では、第2デフロスト配管31には、第2デフロスト配管31を流れる冷媒の流れを制御するために、第2電磁弁SV2が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、第2デフロスト配管31を通過する冷媒の流量を調節することができる。このため、第2蓄熱配管33を流れる冷媒の流量が調節することができる。したがって、蓄熱熱交換器8から室内熱交換器5に導かれる冷媒の流量を調節することができる。
(C)
本発明の第2実施形態では、第1蓄熱配管32には、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱配管90を通過して蓄熱熱交換器8に導かれるように、第3電磁弁SV3が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、蓄熱熱交換器8に導かれる冷媒の流量を調節することができる。このため、蓄熱材9と熱交換が行われる冷媒の流量を調節することができる。したがって、蓄熱材9への蓄熱量を調節することができる。
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係る空気調和装置300の概略冷媒回路を図7に示す。
この空気調和装置300は、冷房運転および暖房運転のみならずデフロスト運転および蓄熱運転も可能な空気調和装置であって、主冷媒回路20、第1デフロスト配管30、第2デフロスト配管31、第3蓄熱配管34および蓄熱配管90を有する冷媒回路を備えている。第1デフロスト配管30および第2デフロスト配管31はデフロスト運転時、蓄熱配管90および第3蓄熱配管34は蓄熱運転時に冷媒が流れる配管である。また、蓄熱配管90は、本実施形態では、主冷媒回路20および第1デフロスト配管30と一部重複している。
主冷媒回路20には、圧縮機3、四路切換弁7、室内熱交換器5、電磁膨張弁EV1、室外熱交換器4およびアキュムレータ11が配備されており、各機器は、図7に示されるように、冷媒配管を介して接続されている。また、主冷媒回路20は、圧縮機3の吐出側と四路切換弁7とを配管接続する吐出ガス配管20cと、四路切換弁7と室内熱交換器5とを配管接続する第1冷媒ガス配管21a、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒ガス配管21cと、室内熱交換器5と電磁膨張弁EV1とを配管接続する第1冷媒液配管22a、第2冷媒連絡配管22bおよび第2冷媒液配管22cと、電磁膨張弁EV1と室外熱交換器4とを配管接続する第3冷媒液配管23と、室外熱交換器4と四路切換弁7とを配管接続する第3冷媒ガス配管24と、四路切換弁7とアキュムレータ11とを配管接続する第4冷媒ガス配管25と、アキュムレータ11と圧縮機3の吸入側とを配管接続する吸入ガス配管26とから構成されている。なお、吐出ガス配管20cは、第1吐出ガス配管20aおよび第2吐出ガス配管20bから構成されている。
第1デフロスト配管30は、第1デフロスト部分配管30aおよび第2デフロスト部分配管30bから構成されており、一端が第2冷媒液配管22cに、他端が蓄熱熱交換器8に配管接続されている。また、第2デフロスト配管31は、一端が蓄熱熱交換器8に、他端が第3冷媒液配管23に配管接続されている。このように、第1デフロスト配管30と第2デフロスト配管31とは主冷媒回路20と接続されている。さらに、第3蓄熱配管34は、一端が第2デフロスト配管31に、他端が第4冷媒ガス配管25に配管接続されている。なお、以下、第1デフロスト配管30と第2冷媒液配管22cとの接合点を第1接合点DC1、第2デフロスト配管31と第3冷媒液配管23との接合点を第2接合点DC2、第3蓄熱配管34と第2デフロスト配管31との接合点を第7接合点BC1、第3蓄熱配管34と第4冷媒ガス配管25との接合点を第8接合点BC2という。そして、第1デフロスト配管30には、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とが配備されている。また、第2デフロスト配管31には、第2電磁弁SV2と第2逆止弁42とが配備されている。さらに、第3蓄熱配管34には、キャピラリチューブ34aが配備されている。
また、本実施形態では、第1吐出ガス配管20a、第1蓄熱配管32および第2デフロスト部分配管30bが蓄熱配管90として機能する。第1蓄熱配管32は、一端が吐出ガス配管20cに、他端が第1デフロスト配管30に配管接続されている。なお、以下、第1蓄熱配管32と吐出ガス配管20cとの接合点を第3接合点HC1といい、第1蓄熱配管32と第1デフロスト配管30との接合点を第4接合点HC2という。そして、第1蓄熱配管32には、第3電磁弁SV3が配備されている。
さらに、本実施形態では、空気調和装置300は、分離型の空気調和装置であって、室内ユニット2と、室外ユニット1とから構成されている。
室内ユニット2は、室内熱交換器5、第2冷媒ガス配管21c、第1冷媒液配管22aを主に有する。
室外ユニット1は、圧縮機3、四路切換弁7、電磁膨張弁EV1、アキュムレータ11、第1吐出ガス配管20a、第2吐出ガス配管20b、第1冷媒ガス配管21a、第2冷媒液配管22c、第3冷媒液配管23、第3冷媒ガス配管24、第4冷媒ガス配管25、吸入ガス配管26、蓄熱熱交換器8、第1デフロスト配管30、第1電磁弁SV1、第1逆止弁41、第2デフロスト配管31、第2電磁弁SV2、第2逆止弁42、第3蓄熱配管34、キャピラリチューブ34a、第1蓄熱配管32および第3電磁弁SV3を主に有する。
また、室内ユニット2と室外ユニット1とは、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒連絡配管22bによって配管接続されている。第1冷媒連絡配管21bは、室内ユニット2の第2冷媒ガス配管21cと室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aとを配管接続する。第2冷媒連絡配管22bは、室内ユニット2の第1冷媒液配管22aと室外ユニット1の第2冷媒液配管22cとを配管接続する。なお、室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aと第1冷媒連絡配管21bとは室外ユニット1のガス側閉鎖弁12を介して、室外ユニット1の第2冷媒液配管22cと第2冷媒連絡配管22bとは室外ユニット1の液側閉鎖弁13を介してそれぞれ接続されている。また、ガス側閉鎖弁12および液側閉鎖弁13は、これら配管を接続した後から開状態とされる。
なお、このように本実施形態に係る空気調和装置300をユニット単位で見た場合、第1接合点DC1、第2接合点DC2、第3接合点HC1、第4接合点HC2、第7接合点BC1および第8接合点BC2は室外ユニット1に属する。
(1)室内ユニット
室内ユニット2は、上記の構成要素以外に図示しない室内ファンを有している。
室内熱交換器5は、室内の空気と冷媒との間で熱交換をさせる。
室内ファンは、室内ユニット2内に室内の空気を取り込み、室内熱交換器5を介して冷媒と熱交換した後の空気である調和空気を再び室内へ送り出すためのファンである。
そして、この室内ユニット2は、このような構成を採用することによって、冷房運転時には室内ファンにより取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れる液冷媒とを熱交換させて調和空気(冷気)を生成することが可能となっている。また、暖房運転時、蓄熱運転時およびデフロスト運転時には室内ファンにより内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れるガス冷媒とを熱交換させて調和空気(暖気)を生成することが可能となっている。
(2)室外ユニット
室外ユニット1は、上記の構成要素以外に蓄熱材9と蓄熱槽10とを有している。
圧縮機3は、吸入ガス配管26を流れる低圧のガス冷媒を吸入して圧縮した後、第1吐出ガス配管20aに吐出する。
四路切換弁7は、各運転に対応して、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、圧縮機3の吐出側と室外熱交換器4のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室内熱交換器5のガス側とを接続する。また、暖房運転時、蓄熱運転時およびデフロスト運転時には、四路切換弁7は、圧縮機3の吐出側と室内熱交換器5のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室外熱交換器4のガス側とを接続する。
室外熱交換器4は、冷房運転時において、圧縮機3から吐出される高圧のガス冷媒を室外の空気を熱源として凝縮させることが可能であり、暖房運転時には、室内熱交換器5から戻る液冷媒を蒸発させることが可能である。
アキュムレータ11は、第4冷媒ガス配管25を流れる冷媒が気液二相状態の冷媒の場合、液冷媒とガス冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機3の吸入側に送る。
蓄熱槽10には、蓄熱材9が充填されており、圧縮機3および蓄熱熱交換器8が収容されている。
蓄熱材9は、運転中に高温状態となる圧縮機3から周囲への放散熱を蓄える。さらに、蓄熱材9は、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱熱交換器8に導かれる場合、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒の温熱を蓄える。また、蓄熱材9としては、例えば、ポリエチレングリコール、トレイトール、パラフィン、酢酸ナトリウム3水和物、硫酸ナトリウム10水和物等が挙げられる。
蓄熱熱交換器8は、圧縮機3のケーシング外周に巻装されており、内部を流れる冷媒と蓄熱槽10に充填されている蓄熱材9との間で熱交換をさせる。
第1デフロスト配管30は、開閉可能な第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とを有している。第1デフロスト配管30において、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とは冷媒の流れに対して直列に配置されている。なお、第1電磁弁SV1および第1逆止弁41は、第1デフロスト部分配管30aに配置されている。そして、第1電磁弁SV1は第1接合点DC1側に、第1逆止弁41は、第4接合点HC2側に配置される。また、第1逆止弁41は、第1接合点DC1から第4接合点HC2に向かう冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第2デフロスト配管31は、第2電磁弁SV2と第2逆止弁42とを有している。第2デフロスト配管31において、第2電磁弁SV2と第2逆止弁42とは冷媒の流れに対して直列に配置されている。なお、第2電磁弁SV2は第7接合点BC1側に、第2逆止弁42は第2接合点DC2側に配置される。また、第2逆止弁42は、第7接合点BC1から第2接合点DC2への冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第3蓄熱配管34は、キャピラリチューブ34aを有している。キャピラリチューブ34aは、第3蓄熱配管34を流れる冷媒を減圧する。
第1蓄熱配管32は、上述したように開閉可能な第3電磁弁SV3を有している。
室外ユニット1は、このような構成を採用することによって、蓄熱運転時には、蓄熱熱交換器8を流れるガス冷媒の温熱を蓄熱材9に蓄え、デフロスト運転時には、蓄熱熱交換器8を流れる液冷媒に蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給することによってその液冷媒を蒸発させることが可能となっている。なお、この蓄熱材9は、融点がおよそ30℃から40℃であり、潜熱として温熱を蓄えることが可能となっている。
(3)制御部
空気調和装置300が備える制御部70bを図5に示す。制御部70bは、電磁膨張弁EV1、第1電磁弁SV1、第2電磁弁SV2、第3電磁弁SV3、四路切換弁7等の構成部品を制御する。
〔空気調和装置の動作〕
空気調和装置300の運転動作について、図6、図7を用いて説明する。この空気調和装置300は、上述したように冷房運転、暖房運転、蓄熱運転およびデフロスト運転を行うことが可能である。
(1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁7が図7の破線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室外熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室内熱交換器5のガス側に接続された状態となる。また、第1電磁弁SV1、第2電磁弁SV2および第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4において凝縮されて液冷媒となる。
そして、この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られる。電磁膨張弁EV1に送られた液冷媒は、減圧された後に、室内熱交換器5に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。
そして、そのガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
(2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁7が図7の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、第1電磁弁SV1、第2電磁弁SV2および第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して、室内熱交換器5に供給される。
そして、このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、電磁膨張弁EV1に送られて減圧された後に室外熱交換器4に送られる。減圧された液冷媒は、室外熱交換器4において蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
(3)蓄熱運転
蓄熱運転は、室外熱交換器4のデフロストを行うために必要な熱量を蓄熱材9に蓄えるために行われる運転である。
蓄熱運転時は、四路切換弁7が図7の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、第1電磁弁SV1および第2電磁弁SV2はOFFされて閉状態とされ、第3電磁弁SV3はONされて開状態とされる。
この冷媒回路の状態では、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、第3接合点HC1に至る。そして、第3接合点HC1に至ったガス冷媒は、その後、四路切換弁7を経由して室内熱交換器5に向かう経路である第1経路と、第4接合点HC2を経由して蓄熱熱交換器8に向かう経路である第2経路とに分配される。
第1経路に分配されたガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られて、減圧された後に室外熱交換器4に送られる。減圧された液冷媒は、室外熱交換器4において蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、四路切換弁7を経由して第8接合点BC2に至る。
一方、第2経路に分配されたガス冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9を加熱する。この蓄熱材9は、固相から液相に相転移し、ガス冷媒から供給される温熱を主に潜熱として蓄える。その後、このガス冷媒は、第7接合点BC1を経由し、キャピラリチューブ34aにより減圧されて、第8接合点BC2に至る。
そして、第1経路を経て第8接合点BC2に至ったガス冷媒と、第2経路を経て第8接合点BC2に至ったガス冷媒とは、第8接合点BC2で合流し、合流したガス冷媒は、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。
なお、この蓄熱運転は、主に暖房運転時に室内が設定温度以上となると自動的に切り替わる。また、蓄熱運転は、蓄熱槽10に設けられている蓄熱材9の温度検出用の温度センサの値が所定値以上になると自動的に暖房運転に切り換わるようになっている。
(4)デフロスト運転
デフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面に付着した霜を融解するための運転であり、主に蓄熱運転によって蓄熱材9に蓄えられた熱量を利用して行われる。
デフロスト運転時は、四路切換弁7が図7の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、電磁膨張弁EV1は全閉状態とされる。さらに、第1電磁弁SV1および第2電磁弁SV2とはONされて開状態とされ、第3電磁弁SV3はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態では、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、四路切換弁7を経由して室内熱交換器5に供給される。そして、そのガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、第1接合点DC1に至る。第1接合点DC1側に至った液冷媒は、第4接合点HC2を経由して蓄熱熱交換器8に至る。蓄熱熱交換器8に至った液冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給されることによって、その液冷媒が蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、第7接合点BC1および第2接合点DC2を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4の外表面に付着している霜を融解する。そして、このガス冷媒は、四路切換弁7、第8接合点BC2およびアキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。
また、このデフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面の温度や外気温などのパラメータに基づいて暖房運転から自動的に切り替わる。また、このデフロスト運転は、所定時間(例えば10分間)継続して行われる。
<特徴>
(1)
上記実施形態では、蓄熱材9が充填されており、圧縮機3および蓄熱熱交換器8が収容されている蓄熱槽10を備える空気調和装置300において、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱材9と熱交換可能な位置に導かれるように蓄熱配管90が備えられている。このため、圧縮機3から吐出される冷媒と蓄熱材9との間で熱交換が行われることによって、蓄熱材9には、圧縮機3から周囲へ放散される放散熱が蓄えられるとともに、圧縮機3から吐出される冷媒の熱が蓄えられる。したがって、蓄熱材9において、室外熱交換器4のデフロストに必要な熱量を獲得することができる。
(2)
上記実施形態では、空気調和装置300は、室内熱交換器5から流出した冷媒を蓄熱熱交換器8に導く第1デフロスト配管30と、蓄熱熱交換器8から流出した冷媒を室外熱交換器4に導く第2デフロスト配管31とを備えている。このため、室内熱交換器5から流出した冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9と熱交換を行った後、室外熱交換器4に導かれる。したがって、室外熱交換器4のデフロストを行うことができる。
(3)
上記実施形態では、第1蓄熱配管32は、圧縮機3の吐出側に配置されている吐出ガス配管20cから分岐し、第1デフロスト配管30に接続されている。このため、圧縮機3から吐出される冷媒を蓄熱熱交換器8に導くことができる。したがって、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒と蓄熱材9との間で熱交換を行うことができる。また、吐出ガス配管20cとは別に、圧縮機3の吐出側から蓄熱熱交換器8に冷媒を導く配管を設けた場合よりも、部品点数およびコストを削減することができる。
(4)
上記実施形態では、空気調和装置300は、蓄熱熱交換器8から流出した冷媒を圧縮機3の吸入側に導く第3蓄熱配管34を備えている。また、第3蓄熱配管34には、キャピラリチューブ34aが接続されている。このため、蓄熱熱交換器8から流出した冷媒を減圧し、圧縮機の吸入側に導くことができる。したがって、圧縮機3の負担を軽減させることができる。
〔変形例〕
(A)
本発明の第3実施形態では、第1デフロスト部分配管30aには、第1デフロスト配管30を流れる冷媒の流れを制御するために、第1電磁弁SV1が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、第1デフロスト配管30を通過する冷媒の流量を調節することができる。このため、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒の流量が調節され、蓄熱材9と熱交換を行う冷媒の流量を調節することができる。したがって、蓄熱材からの熱の供給量を調節することができる。
(B)
本発明の第3実施形態では、第1蓄熱配管32には、圧縮機3から吐出される冷媒が蓄熱配管90を通過して蓄熱熱交換器8に導かれるように、第3電磁弁SV3が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、蓄熱熱交換器8に導かれる冷媒の流量を調節することができる。このため、蓄熱材9と熱交換が行われる冷媒の流量を調節することができる。したがって、蓄熱材9への蓄熱量を調節することができる。
<第4実施形態>
〔空気調和装置の構成〕
本発明の第4実施形態に係る空気調和装置400の概略冷媒回路を図8に示す。
この空気調和装置400は、冷房運転および暖房運転のみならずデフロスト運転も可能な空気調和装置であって、主冷媒回路120、第1デフロスト配管30および第2デフロスト配管31を有する冷媒回路を備えている。第1デフロスト配管30および第2デフロスト配管31はデフロスト運転時に冷媒が流れる配管である。
主冷媒回路120には、圧縮機3、四路切換弁7、室内熱交換器5、電磁膨張弁EV1、室外熱交換器4およびアキュムレータ11が配備されており、各機器は、図8に示されるように、冷媒配管を介して接続されている。また、主冷媒回路20は、圧縮機3の吐出側と四路切換弁7とを配管接続する吐出ガス配管121と、四路切換弁7と室内熱交換器5とを配管接続する第1冷媒ガス配管21a、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒ガス配管21cと、室内熱交換器5と電磁膨張弁EV1とを配管接続する第1冷媒液配管22a、第2冷媒連絡配管22bおよび第2冷媒液配管22cと、電磁膨張弁EV1と室外熱交換器4とを配管接続する第3冷媒液配管23と、室外熱交換器4と四路切換弁7とを配管接続する第3冷媒ガス配管24と、四路切換弁7とアキュムレータ11とを配管接続する第4冷媒ガス配管25と、アキュムレータ11と圧縮機3の吸入側とを配管接続する吸入ガス配管26とから構成されている。なお、吐出ガス配管121は、第1吐出ガス配管121a、第2吐出ガス配管121bおよび第3吐出ガス配管121cから構成されている。第1吐出ガス配管121aは、一端が圧縮機3の吐出側に他端が第2吐出ガス配管121bに配管接続されている。第2吐出ガス配管121bは、一端が第1吐出ガス配管121aに他端が第3吐出ガス配管121cに配管接続されている。第3吐出ガス配管121cは、一端が第2吐出ガス配管121bに他端が四路切換弁7に配管接続されている。さらに、第2吐出ガス配管121bは、圧縮機3のケーシング外周の下部に巻装されている。
第1デフロスト配管30は、一端が第2冷媒液配管22cに、他端が蓄熱熱交換器8に配管接続されている。また、第2デフロスト配管31は、一端が蓄熱熱交換器8に、他端が第3冷媒液配管23に配管接続されている。このように、第1デフロスト配管30と第2デフロスト配管31とは主冷媒回路120と接続されている。なお、以下、第1デフロスト配管30と第2冷媒液配管22cとの接合点を第1接合点DC1といい、第2デフロスト配管31と第3冷媒液配管23との接合点を第2接合点DC2という。そして、第1デフロスト配管30には、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とが配備されている。また、第2デフロスト配管31には、第2逆止弁42が配備されている。
さらに、本実施形態では、空気調和装置400は、分離型の空気調和装置であって、室内ユニット2と、室外ユニット1とから構成されている。
室内ユニット2は、室内熱交換器5、第2冷媒ガス配管21c、第1冷媒液配管22aを主に有する。
室外ユニット1は、圧縮機3、四路切換弁7、電磁膨張弁EV1、アキュムレータ11、第1吐出ガス配管121a、第2吐出ガス配管121b、第3吐出ガス配管121c、第1冷媒ガス配管21a、第2冷媒液配管22c、第3冷媒液配管23、第3冷媒ガス配管24、第4冷媒ガス配管25、吸入ガス配管26、蓄熱熱交換器8、蓄熱材9、第1デフロスト配管30、第1電磁弁SV1、第1逆止弁41、第2デフロスト配管31および第2逆止弁42を主に有する。
また、室内ユニット2と室外ユニット1とは、第1冷媒連絡配管21bおよび第2冷媒連絡配管22bによって配管接続されている。第1冷媒連絡配管21bは、室内ユニット2の第2冷媒ガス配管21cと室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aとを配管接続する。第2冷媒連絡配管22bは、室内ユニット2の第1冷媒液配管22aと室外ユニット1の第2冷媒液配管22cとを配管接続する。なお、室外ユニット1の第1冷媒ガス配管21aと第1冷媒連絡配管21bとは室外ユニット1のガス側閉鎖弁12を介して、室外ユニット1の第2冷媒液配管22cと第2冷媒連絡配管22bとは室外ユニット1の液側閉鎖弁13を介してそれぞれ接続されている。また、ガス側閉鎖弁12および液側閉鎖弁13は、これら配管を接続した後から開状態とされる。
なお、このように本実施形態に係る空気調和装置400をユニット単位で見た場合、第1接合点DC1、第2接合点DC2は室外ユニット1に属する。
(1)室内ユニット
室内ユニット2は、上記の構成要素以外に図示しない室内ファンを有している。
室内熱交換器5は、室内の空気と冷媒との間で熱交換をさせる。
室内ファンは、室内ユニット2内に室内の空気を取り込み、室内熱交換器5を介して冷媒と熱交換した後の空気である調和空気を再び室内へ送り出すためのファンである。
そして、この室内ユニット2は、このような構成を採用することによって、冷房運転時には室内ファンにより取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れる液冷媒とを熱交換させて調和空気(冷気)を生成することが可能となっている。また、暖房運転時およびデフロスト運転時には室内ファンにより内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器5を流れるガス冷媒とを熱交換させて調和空気(暖気)を生成することが可能となっている。
(2)室外ユニット
室外ユニット1は、上記の構成要素以外に蓄熱材9と蓄熱槽10とを有している。
圧縮機3は、吸入ガス配管26を流れる低圧のガス冷媒を吸入して圧縮した後、第1吐出ガス配管121aに吐出する。
四路切換弁7は、各運転に対応して、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、圧縮機3の吐出側と室外熱交換器4のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室内熱交換器5のガス側とを接続する。また、暖房運転時およびデフロスト運転時には、四路切換弁7は、圧縮機3の吐出側と室内熱交換器5のガス側とを接続するとともに、圧縮機3の吸入側と室外熱交換器4のガス側とを接続する。
室外熱交換器4は、冷房運転時において、圧縮機3から吐出される高圧のガス冷媒を室外の空気を熱源として凝縮させることが可能であり、暖房運転時には、室内熱交換器5から戻る液冷媒を蒸発させることが可能である。
アキュムレータ11は、第4冷媒ガス配管25を流れる冷媒が気液二相状態の冷媒の場合、液冷媒とガス冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機3の吸入側に送る。
蓄熱槽10には、蓄熱材9が充填されており、圧縮機3、蓄熱熱交換器8および第2吐出ガス配管121bが収容されている。
蓄熱材9は、運転中に高温状態となる圧縮機3から周囲への放散熱や、圧縮機3から吐出され第2吐出ガス配管121b内を流れる冷媒の温熱を蓄える。また、蓄熱材9としては、例えば、ポリエチレングリコール、トレイトール、パラフィン、酢酸ナトリウム3水和物、硫酸ナトリウム10水和物等が挙げられる。
蓄熱熱交換器8は、圧縮機3のケーシング外周の上部に巻装されており、内部を流れる冷媒と蓄熱槽10に充填されている蓄熱材9との間で熱交換をさせる。
第1デフロスト配管30は、開閉可能な第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とを有している。第1デフロスト配管30において、第1電磁弁SV1と第1逆止弁41とは冷媒の流れに対して直列に配置されている。そして、第1電磁弁SV1は第1接合点DC1側に、第1逆止弁41は、蓄熱熱交換器8側に配置される。また、第1逆止弁41は、第1接合点DC1から蓄熱熱交換器8に向かう冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
第2デフロスト配管31は、第2逆止弁42を有している。第2逆止弁42は、蓄熱熱交換器8から第2接合点DC2への冷媒の流れのみを許容するように取り付けられている。
室外ユニット1は、このような構成を採用することによって、空気調和装置400の運転時において、ガス冷媒の温熱を蓄熱材9に蓄え、デフロスト運転時には、蓄熱熱交換器8を流れる液冷媒に蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給することによってその液冷媒を蒸発させることが可能となっている。なお、この蓄熱材9は、融点がおよそ30℃から40℃であり、潜熱として温熱を蓄えることが可能となっている。
(3)制御部
空気調和装置400が備える制御部70cを図9に示す。制御部70cは、電磁膨張弁EV1、第1電磁弁SV1、四路切換弁7等の構成部品を制御する。
〔空気調和装置の動作〕
空気調和装置400の運転動作について、図8、図10を用いて説明する。この空気調和装置400は、上述したように冷房運転、暖房運転およびデフロスト運転を行うことが可能である。
(1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁7が図8の破線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室外熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室内熱交換器5のガス側に接続された状態となる。また、第1電磁弁SV1はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、吐出ガス配管121内を流れる際に第2吐出ガス配管121bにおいて蓄熱材9と熱交換を行い、四路切換弁7を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4において凝縮されて液冷媒となる。
そして、この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られる。電磁膨張弁EV1に送られた液冷媒は、減圧された後に、室内熱交換器5に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。
そして、そのガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。
(2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁7が図8の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、第1電磁弁SV1はOFFされて閉状態とされる。
この冷媒回路の状態で、圧縮機3を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、吐出ガス配管121内を流れる際に第2吐出ガス配管121bにおいて蓄熱材9と熱交換を行い、四路切換弁7を経由して、室内熱交換器5に供給される。
そして、このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は電磁膨張弁EV1に送られて、減圧された後に室外熱交換器4に送られる。減圧された液冷媒は、室外熱交換器4において蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
(3)デフロスト運転
デフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面に付着した霜を融解するための運転であり、蓄熱材9に蓄えられた熱量を利用して行われる。
デフロスト運転時は、四路切換弁7が図8の実線で示される状態、即ち、圧縮機3の吐出側が室内熱交換器5のガス側に接続され、かつ、圧縮機3の吸入側が室外熱交換器4のガス側に接続された状態となっている。また、電磁膨張弁EV1は全閉状態とされる。さらに、第1電磁弁SV1はONされて開状態とされる。
この冷媒回路の状態では、ガス冷媒が、圧縮機3に吸入されて圧縮された後、吐出ガス配管121内を流れる際に第2吐出ガス配管121bにおいて蓄熱材9と熱交換を行い、四路切換弁7を経由して室内熱交換器5に供給される。
そして、このガス冷媒は、室内熱交換器5において室内空気を加熱するとともに凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は、第1接合点DC1を経由して蓄熱熱交換器8に至る。蓄熱熱交換器8に至った液冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9に蓄えられている温熱を供給されることによって、その液冷媒が蒸発されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、第2接合点DC2を経由して室外熱交換器4に送られ、室外熱交換器4の外表面に付着している霜を融解する。そして、このガス冷媒は、四路切換弁7、アキュムレータ11を経由して、再び、圧縮機3に吸入される。
また、このデフロスト運転は、室外熱交換器4の外表面の温度や外気温などのパラメータに基づいて暖房運転から自動的に切り替わる。また、このデフロスト運転は、所定時間(例えば10分間)継続して行われる。
<特徴>
(1)
上記実施形態では、空気調和装置400は、第1吐出ガス配管121a、第2吐出ガス配管121bおよび第3吐出ガス配管121cから構成される吐出ガス配管121を備えている。第1吐出ガス配管121aは圧縮機3の吐出側から蓄熱材9の近傍まで延びている。第2吐出ガス配管121bは蓄熱材9と接触する。第3吐出ガス配管121cは蓄熱材9の近傍から四路切換弁7まで延びている。このため、圧縮機3から吐出される冷媒と蓄熱材9との間で熱交換が行われることによって、蓄熱材9には、圧縮機3から周囲へ放散される放散熱が蓄えられるとともに、圧縮機3から吐出される冷媒の熱が蓄えられる。したがって、蓄熱材9において、室外熱交換器4のデフロストに必要な熱量を獲得することができる。
(2)
上記実施形態では、空気調和装置400は、室内熱交換器5から流出した冷媒を蓄熱熱交換器8に導く第1デフロスト配管30と、蓄熱熱交換器8から流出した冷媒を室外熱交換器4に導く第2デフロスト配管31とを備えている。このため、室内熱交換器5から流出した冷媒は、蓄熱熱交換器8において蓄熱材9と熱交換を行った後、室外熱交換器4に導かれる。したがって、室外熱交換器4のデフロストを行うことができる。
〔変形例〕
本発明の第4実施形態では、第1デフロスト配管30には、第1デフロスト配管30を流れる冷媒の流れを制御するために、第1電磁弁SV1が設けられている。しかし、電磁弁の代わりに電動弁が適用されてもよい。電磁弁の代わりに電動弁を用いると、第1デフロスト配管30を通過する冷媒の流量を調節することができる。このため、蓄熱熱交換器8を流れる冷媒の流量が調節され、蓄熱材9と熱交換を行う冷媒の流量を調節することができる。したがって、蓄熱材からの熱の供給量を調節することができる。
本発明に係る空気調和装置は、蓄熱材が近傍に配置されている圧縮機において、圧縮機由来の熱を効率よく蓄熱材に蓄えることが可能な冷媒回路を備えており、冬季などにおいて気温が低くなる寒冷地向けの空気調和装置として有用である。
本発明の第1実施形態に係る空気調和装置の概略冷媒回路。 本発明の第1実施形態に係る空気調和装置の制御ブロック図。 本発明の第1実施形態に係る空気調和装置の各運転時における電磁膨張弁および電磁弁の状態を示す表。 本発明の第2実施形態に係る空気調和装置の概略冷媒回路。 本発明の第2実施形態および第3実施形態に係る空気調和装置の制御ブロック図。 本発明の第2実施形態および第3実施形態に係る空気調和装置の各運転時における電磁膨張弁および電磁弁の状態を示す表。 本発明の第3実施形態に係る空気調和装置の概略冷媒回路図。 本発明の第4実施形態に係る空気調和装置の概略冷媒回路図。 本発明の第4実施形態に係る空気調和装置の制御ブロック図。 本発明の第4実施形態に係る空気調和装置の各運転時における電磁膨張弁および電磁弁の状態を示す表。
符号の説明
3 圧縮機
4 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
5 室内熱交換器(利用側熱交換器)
8 蓄熱熱交換器
9 蓄熱材
30 第1デフロスト配管(第1配管)
31 第2デフロスト配管(第2配管)
33 第2蓄熱配管(第3配管)
34 第3蓄熱配管(第4配管)
34a キャピラリチューブ(減圧機構)
70a,70b,70c 制御部
90 蓄熱配管
100,200,300,400 空気調和装置
121 吐出ガス配管(蓄熱配管)
EV1 電磁膨張弁(膨張機構)
SV1 第1電磁弁(第1配管流量調節機構)
SV2 第2電磁弁(第2配管流量調節機構)
SV3 第3電磁弁(蓄熱配管流量調節機構)

Claims (10)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機(3)と、
    少なくとも冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器(4)と、
    少なくとも冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器(5)と、
    冷媒を減圧する膨張機構(EV1)と、
    前記圧縮機(3)の近傍に配置される蓄熱材(9)と、
    前記蓄熱材(9)と冷媒とを熱交換させる熱交換器として機能する蓄熱熱交換器(8)と、
    前記圧縮機(3)の吐出側から前記蓄熱材(9)の近傍まで延びている蓄熱配管(90,121)と、
    を備える空気調和装置(100,200,300,400)。
  2. 凝縮器として機能する前記利用側熱交換器(5)から流出した冷媒を前記蓄熱熱交換器(8)に導く第1配管(30)と、
    前記蓄熱熱交換器(8)から流出した冷媒を前記熱源側熱交換器(4)に導く第2配管(31)と、
    を更に備える、請求項1に記載の空気調和装置(100,200,300,400)。
  3. 前記第1配管(30)は、通過する冷媒の流量を調節する第1配管流量調節機構(SV1)を有する、
    請求項2に記載の空気調和装置(100,200,300)。
  4. 前記蓄熱配管(90)は、通過する冷媒の流量を調節する蓄熱配管流量調節機構(SV3)を有する、
    請求項1から3のいずれかに記載の空気調和装置(100,200,300)。
  5. 前記蓄熱配管(90)は、前記圧縮機(3)から吐出される冷媒を前記蓄熱熱交換器(8)に導く、
    請求項1から4のいずれかに記載の空気調和装置(100,200,300)。
  6. 前記蓄熱配管(90)は、前記圧縮機(3)から吐出される冷媒を前記蓄熱熱交換器(8)に導き、
    前記圧縮機(3)から吐出される冷媒が、前記利用側熱交換器(5)、前記膨張機構(EV1)及び前記熱源側熱交換器(4)を通過して前記圧縮機(3)に吸入される暖房運転と、前記圧縮機(3)から吐出される冷媒の一部が、前記蓄熱熱交換器(8)及び前記熱源側熱交換器(4)を通過して前記圧縮機(3)に吸入される蓄熱運転と、前記圧縮機(3)から吐出される冷媒が、前記利用側熱交換器(5)、前記蓄熱熱交換器(8)及び前記熱源側熱交換器(4)を通過して前記圧縮機(3)に吸入されるデフロスト運転とを行う制御部(70a,70b,70c)を更に備える、請求項2または3に記載の空気調和装置(100)。
  7. 前記蓄熱熱交換器(8)から前記利用側熱交換器(5)に冷媒を導く第3配管(33)を更に備える、請求項1から5のいずれかに記載の空気調和装置(200)。
  8. 前記第2配管は、通過する冷媒の流量を調節する第2配管流量調節機構(SV2)を有する、
    請求項7に記載の空気調和装置(200)。
  9. 前記蓄熱熱交換器(8)から流出した冷媒を前記圧縮機(3)の吸入側に導く第4配管(34)を更に備え、
    前記第4配管(34)は減圧機構(34a)を有する、
    請求項1から5のいずれかに記載の空気調和装置(300)。
  10. 前記蓄熱配管(121)は、前記蓄熱材(9)の近傍から前記利用側熱交換器(5)まで更に延びており、前記圧縮機(3)から吐出される冷媒を前記利用側熱交換器(5)に導く、
    請求項1から3のいずれかに記載の空気調和装置(400)。
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