JP2009047385A - 冷凍サイクルを用いた機器及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルを用いた機器において、運転を継続しながら除霜を行うと共に、除霜開始時の衝撃音及び冷媒音を軽減する。
【解決手段】冷凍サイクルを用いた機器のヒートポンプ式冷凍サイクルは、加熱に用いる利用側熱交換器８と、並列に接続された複数の吸熱に用いる熱源側熱交換器３、４と、各熱源側熱交換器３、４に直列に接続された複数の第１開閉弁５、６とを有する。圧縮機１と各熱源側熱交換器３、４との間に第２開閉弁９、１０を備えた複数のバイパス路１６、１７を有する。第１開閉弁５、６の何れかを閉じ、これに対応する熱源側熱交換器３に接続されたバイパス路１６の第２開閉弁９を開いて当該熱源側熱交換器３の除霜を行うと共に、他の熱源側熱交換器４を用いて利用側熱交換器８による加熱を行う。各バイパス路１６、１７における第２開閉弁９、１０の開放直後に流れる冷媒による騒音を低減する騒音低減手段１１、１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを用いた機器及び空気調和機に係り、特に、加熱や暖房等の運転を継続しながら熱源側熱交換器の除霜を行うことができる冷凍サイクルを用いた機器及び空気調和機に好適なものである。

従来の空気調和機を図５を参照しながら説明する。図５は従来の空気調和機の冷凍サイクル図である。

この従来の空気調和機は、圧縮機１と、暖房時と冷房時とで冷媒の流れを切替える四方弁２と、室内熱交換器８と、減圧装置７と、並列に接続された複数の室外熱交換器３、４と、を冷媒配管で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを構成している。

係る空気熱源のヒートポンプ空気調和機を暖房運転した場合、室外空気の湿度が高いと室外熱交換器３、４に着霜を生じ、室外熱交換器３、４の通風路が狭くなり、室外熱交換器３、４を通る室外空気の量が減少する。着霜が進行すると、室外熱交換器３、４で室外空気から汲み上げる熱量が減少することにより、室内熱交換器８から放熱する熱量も減少するため、暖房能力も減少し、室内の快適性が損なわれる。

そこで、各室外熱交換器３、４に直列に接続された複数の室外熱交換器用開閉弁５、６と、圧縮機１の吐出側配管１ａと各室外熱交換器３、４の暖房時入口側配管３ａ、４ａとの間にバイパス用開閉弁９、１０を備えて並列に接続された複数のバイパス路１６、１７とを設けている。

そして、暖房時に例えば一方の室外熱交換器３に所定量以上の着霜があった場合には、室外熱交換器用開閉弁５を閉じ、室外熱交換器３に対応するバイパス用開閉弁９を開いて当該室外熱交換器３の除霜を行うと共に、他の室外熱交換器４を用いて室内熱交換器８による暖房を行うように、制御装置により制御する。一方の室外熱交換器３の除霜が終了し、他方の室外熱交換器４に所定量の着霜が生じた場合には、室外熱交換器用開閉弁５を開くと共に室外熱交換器用開閉弁６を閉じ、この室外熱交換器４に対応するバイパス用開閉弁１０を開いて当該室外熱交換器４の除霜を行うと共に、他の室外熱交換器３を用いて室内熱交換器８による暖房を行うように、制御装置により制御する。このように、室外熱交換器３、４の除霜を交互に繰り返すことにより、暖房運転を継続しながら除霜をする。

係る空気調和機に関連する特許文献としては、特開平０９−３１８２０６号公報（特許文献１）、特開２００１−０５９６６４号公報（特許文献２）、特開２００２−１８８８７３号公報（特許文献３）及び特開平０４−１１０５７６号公報（特許文献４）が挙げられる。

特開平０９−３１８２０６号公報 特開２００１−０５９６６４号公報 特開２００２−１８８８７３号公報 特開平０４−１１０５７６号公報

しかしながら、従来の空気調和機において、バイパス用開閉弁９またはバイパス用開閉弁１０を開放した際に、圧縮機１の吐出側配管１ａからの高温高圧のガス冷媒が室外熱交換器３または室外熱交換器４の低温低圧側に急に圧力変化して流入することになる。このため、高エンタルピー冷媒が瞬間的に膨張され、急に大きな運動エネルギーを有する冷媒に変換され、冷凍サイクルの冷媒配管壁及び室外熱交換器３または室外熱交換器４の管壁に衝突して、大きな衝撃音が発生する。また、高温高圧のガス冷媒が急激に減圧されることにより、気液二相乱流となり、大きな冷媒音が発生する。これらの衝撃音、冷媒音は冷凍サイクルの冷媒配管を通じて室内機側に伝わり、室内に異常音が放出される虞があると共に、冷媒配管の鑞付部が高圧冷媒ガスの衝撃を受け、割れ、ひび、亀裂等を発生し、冷媒漏れに至る虞があった。

本発明の目的は、運転を継続しながら除霜を行えると共に、除霜開始時の衝撃音及び冷媒音を低減できる、冷凍サイクルを用いた機器及び空気調和機を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、圧縮機と、加熱に用いる利用側熱交換器と、減圧装置と、並列に接続された複数の吸熱に用いる熱源側熱交換器と、前記各熱源側熱交換器の減圧装置側に直列に接続された複数の第１開閉弁と、を冷媒配管で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、前記圧縮機の吐出側配管と前記各熱源側熱交換器の入口側配管との間に、第２開閉弁を備えて並列に接続された複数のバイパス路を設け、前記第１開閉弁の何れかを閉じ、この第１開閉弁に対応する前記熱源側熱交換器の入口側配管に接続された前記バイパス路の第２開閉弁を開いて当該熱源側熱交換器の除霜を行うと共に、他の熱源側熱交換器を用いて前記利用側熱交換器による加熱を行うように制御する制御装置を備えた冷凍サイクルを用いた機器において、前記各バイパス路における前記第２開閉弁の開放直後に流れる冷媒による騒音を低減する騒音低減手段を備えたことにある。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記第２開閉弁として電動膨張弁を使用し、前記騒音低減手段は、前記熱源側熱交換器を除霜する際に、前記電動膨張弁の開放を３秒ないし２０秒かけて緩やかに行うように制御する構成としたこと。
（２）前記騒音低減手段は前記バイパス路における前記第２開閉弁の出口側に設けられたコイル状パイプで構成したこと。

また、前述の目的を達成するための本発明の第２の態様は、圧縮機と、暖房時と冷房時とで冷媒の流れを切替える四方弁と、室内熱交換器と、減圧装置と、並列に接続された複数の室外熱交換器と、前記各室外熱交換器の減圧装置側に直列に接続された複数の室外熱交換器用開閉弁と、を冷媒配管で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、前記圧縮機の吐出側配管と前記各室外熱交換器の暖房時入口側配管との間に、バイパス用開閉弁を備えて並列に接続された複数のバイパス路を設け、暖房時に、前記室外熱交換器用開閉弁の何れかを閉じ、この室外熱交換器用開閉弁に対応する前記室外熱交換器の暖房時入口配管に接続された前記バイパス路のバイパス用開閉弁を開いて当該室外熱交換器の除霜を行うと共に、他の室外熱交換器を用いて前記室内熱交換器による暖房を行うように制御する制御装置を備えた空気調和機において、前記各バイパス路における前記バイパス用開閉弁の開放直後に流れる冷媒による騒音を低減する騒音低減手段を備えたことにある。

係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記バイパス用開閉弁として電動膨張弁を使用し、前記騒音低減手段は、前記室外熱交換器を除霜する際に、前記電動膨張弁を３秒ないし２０秒かけて緩やかに開放するように制御する構成としたこと。
（２）前記騒音低減手段は、前記バイパス路における前記バイパス用開閉弁の出口側に設けられたコイル状パイプで構成したこと。
（３）前記電動膨張弁のポート径を２.５ｍｍ以上とした。

係る本発明の冷凍サイクルを用いた機器及び空気調和機によれば、運転を継続しながら除霜を行えると共に、除霜開始時の衝撃音及び冷媒音を軽減できる。

以下、本発明の一実施形態の空気調和機について図１から図４を用いて説明する。図１は本実施形態の空気調和機の冷凍サイクルの構成図、図２は図１の空気調和機の一方の室外熱交換器３の除霜時の冷媒の流れを説明する図、図３は図１の空気調和機の他方の室外熱交換器４の除霜時の冷媒の流れを説明する図、図４は図１の空気調和機に用いるコイル状パイプ１１、１２の拡大図である。なお、本実施形態及び従来例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本実施形態の空気調和機は、図１に示すように、圧縮機１と、四方弁２と、室内熱交換器８と、冷暖房用減圧装置７と、並列に接続された複数の室外熱交換器３、４と、各室外熱交換器３、４の減圧装置側に直列に接続され複数の室外熱交換器用開閉弁５、６とを冷媒配管で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを構成している。室内熱交換器８は利用側熱交換器となり、室外熱交換器３、４は熱源側熱交換器となる。

圧縮機１の吐出側配管１ａと各室外熱交換器３、４の暖房時入口側配管３ａ、４ａとの間には、冷媒による騒音を低減する騒音低減手段を備えた複数のバイパス路１６、１７が接続されている。複数のバイパス路１６、１７は、電動膨張弁で構成されたバイパス用開閉弁９、１０及び図４に拡大して示すコイル状パイプ１１、１２を備えて並列に接続されている。バイパス用開閉弁９とコイル状パイプ１１とは圧縮機１の吐出側配管１ａ側から順に直列に接続され、バイパス用開閉弁１０とコイル状パイプ１２とは圧縮機１の吐出側配管１ａ側から順に直列に接続されている。

ここで、騒音低減手段は、室外熱交換器３、４を除霜する際に、バイパス用開閉弁９、１０を３秒ないし２０秒かけて緩やかに開放するように制御することで構成される第１の騒音低減手段と、バイパス路１６、１７におけるバイパス用開閉弁９、１０の出口側に設けられたコイル状パイプ１１、１２で構成される第２の騒音低減手段とからなっている。バイパス用開閉弁９、１０のポート径を２.５ｍｍ以上とすることにより、騒音低減効果をより効果的なものとすることができる。

なお、本実施形態では複数の室外熱交換器３、４が２つの場合について説明するが、本発明は複数の室外熱交換器３、４が３つ以上であっても適用することができ、その場合には複数の室外熱交換器用開閉弁５、６及び複数のバイパス路１６も３つ以上となる。また、室外熱交換器３、４がフィンチューブ型熱交換器で構成される場合には、各室外熱交換器３、４のフィンが一体に形成されていても複数の室外熱交換器３、４に含まれる。また、冷暖房用減圧装置７が１つの場合について説明するが、本発明は複数の冷暖房用減圧装置、例えば冷房専用減圧装置と暖房専用減圧装置との組合わせ等の場合であっても適用できる。

四方弁２は、圧縮機１の吐出側配管１ａと室内熱交換器８及び室外熱交換器３、４との間に設けられ、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒を、暖房時に室内熱交換器８に流し、冷房時に室外熱交換器３、４に流すように制御装置（図示せず）により切替えられる。

冷房運転が開始されると、室外熱交換器用開閉弁５、６を全開とされると共に、バイパス用開閉弁９、１０が全閉とされる。これによって、圧縮機１、四方弁２、放熱用熱交換器となる室外熱交換器３、４、室外熱交換器用開閉弁５、６、減圧装置７、冷却用熱交換器となる室内熱交換器８、四方弁２、圧縮機１からなる冷房サイクルが構成される。この冷房サイクルにおいて、圧縮機１で高温高圧に圧縮されたガス冷媒は、四方弁２を通って室外熱交換器３、４に導かれ、室外空気に放熱する。室外熱交換器３、４を出た冷媒は、室外熱交換器用開閉弁５、６を通って減圧装置７に導かれ、ここで減圧されて気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、室内熱交換器８に導かれ、ここで蒸発されて室内空気を冷却し、室内の冷房を行う。室内熱交換器８から出た冷媒は四方弁２を通って圧縮機１に戻る。

暖房運転が開始されると、室外熱交換器用開閉弁５、６が全開とされると共に、バイパス用開閉弁９、１０が全閉とされ、圧縮機１、四方弁２、加熱用熱交換器となる室内熱交換器８、減圧装置７、室外熱交換器用開閉弁５、６、吸熱用熱交換器となる室外熱交換器３、４、四方弁２、圧縮機１からなる暖房サイクルが構成される。この暖房サイクルにおいて、圧縮機１で高温高圧に圧縮されたガス冷媒は、四方弁２を通って室内熱交換器８に導かれ、室内空気を加熱して室内の暖房を行う。室内熱交換器８を出た冷媒は、減圧装置７により減圧されて気液二相冷媒となり、室外熱交換器用開閉弁５、６を通って室外熱交換器３、４に導かれる。室外熱交換器３、４に導かれた冷媒は、ここで蒸発されて室外空気から吸熱した後、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。

この暖房運転中に室外熱交換器３、４の何れか一方の室外熱交換器、例えば室外熱交換器３に所定量以上の着霜が生じた場合には、制御装置により、暖房を継続しながら室外熱交換器３の除霜を行う運転に切替えられる。この運転に切替えられると、図２に示すように、室外熱交換器３に直列に接続された室外熱交換器用開閉弁５が全閉とされ、室外熱交換器３の暖房時入口側配管３ａに接続されたバイパス路１６のバイパス用開閉弁９が全開とされ、圧縮機１、四方弁２、バイパス用開閉弁９、室外熱交換器３、四方弁２、圧縮機１からなる除霜サイクルが構成されると共に、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器８、減圧装置７、室外熱交換器用開閉弁６、室外熱交換器４、四方弁２、圧縮機１からなる暖房サイクルが構成される。

この除霜サイクルにおいて、圧縮機１で高温高圧に圧縮されたガス冷媒は、吐出側配管１ａからバイパス用開閉弁９及びコイル状パイプ１１を通って室外熱交換器３に導かれ、室外熱交換器３の除霜を行った後、四方弁２を通って圧縮機１に戻される。また、暖房サイクルにおいて、圧縮機１で高温高圧に圧縮されたガス冷媒は、四方弁２を通って室内熱交換器８に導かれて室内空気を加熱して室内の暖房を行い、減圧装置７により減圧され、室外熱交換器用開閉弁６を通って室外熱交換器４に導かれ、ここで蒸発されて室外空気から吸熱した後、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。このようにして、室内の暖房を行いながら、室外熱交換器３の除霜を行うことができる。

一方の室外熱交換器３の除霜が終了し、他方の室外熱交換器４に所定量以上の着霜が生じた場合には、制御装置により、暖房を継続しながら室外熱交換器４の除霜を行う運転に切替えられる。この運転に切替えられると、図３に示すように、室外熱交換器４に直列に接続された室外熱交換器用開閉弁６が全閉とされ、室外熱交換器４の暖房時入口側配管３ａに接続されたバイパス路１７のバイパス用開閉弁１０が全開とされ、圧縮機１、四方弁２、バイパス用開閉弁１０、室外熱交換器４、四方弁２、圧縮機１からなる除霜サイクルが構成されると共に、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器８、減圧装置７、室外熱交換器用開閉弁５、室外熱交換器３、四方弁２、圧縮機１からなる暖房サイクルが構成される。

この除霜サイクルにおいて、圧縮機１で高温高圧に圧縮されたガス冷媒は、吐出側配管１ａからバイパス用開閉弁１０及びコイル状パイプ１２を通って室外熱交換器４に導かれ、室外熱交換器４の除霜を行った後、四方弁２を通って圧縮機１に戻される。また、暖房サイクルにおいて、圧縮機１で高温高圧に圧縮されたガス冷媒は、四方弁２を通って室内熱交換器８に導かれて室内空気を加熱して室内の暖房を行い、減圧装置７により減圧され、室外熱交換器用開閉弁５を通って室外熱交換器３に導かれ、ここで蒸発されて室外空気から吸熱した後、四方弁２を通って圧縮機１に戻る。このようにして、室内の暖房を行いながら、室外熱交換器４の除霜を行うことができる。

そして、室外熱交換器３、４の除霜を交互に繰り返すことにより、室内熱交換器８による暖房を継続しながら室外熱交換器３、４の除霜をすることができる。

本実施形態では、室外熱交換器３、４を除霜する際に、電動膨張弁からなるバイパス用開閉弁３、４を３秒ないし２０秒かけて緩やかに開放するように制御する騒音低減手段を備えている。この騒音低減手段により、除霜の際に、圧縮機１の吐出側配管１ａからの高温高圧のガス冷媒が室外熱交換器３または室外熱交換器４の低温低圧側に緩やかな圧力変化で流入することになるので、冷凍サイクルの冷媒配管壁及び室外熱交換器３または室外熱交換器４の管壁に衝突して生ずる衝撃音を軽減できると共に、気液二相乱流となることを抑制して冷媒音を軽減できる。

また、本実施形態では、バイパス路１６、１７におけるバイパス用開閉弁９、１０の出口側にコイル状パイプ１１、１２を設けて騒音低減手段としている。これによって、除霜の際にバイパス用開閉弁９、１０が開放されてバイパス用開閉弁９、１０から流出された気液二相流の冷媒は、コイル状パイプ１１、１２を通る際、遠心力によって密度の大きい液状冷媒がコイル状パイプ１１、１２の外側に、密度の小さいガス冷媒がコイル状パイプ１１、１２の内側にそれぞれ分離、整流されることとなり、冷媒音を低減できる。

なお、本実施形態では空気調和機について説明したが、本発明はヒートポンプ式給湯機等の冷凍サイクルを用いた機器に適用可能である。

本発明の一実施形態の空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。 図１の空気調和機の一方の室外熱交換器の除霜時の冷媒の流れを説明する図である。 図１の空気調和機の他方の室外熱交換器の除霜時の冷媒の流れを説明する図である。 図１の空気調和機に用いるコイル状パイプの拡大図である。 従来の空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…四方弁、３、４…室外熱交換器（熱源側熱交換器）５、６…室外熱交換器用開閉弁（第１開閉弁）、７…減圧装置、８…室内熱交換器（利用側熱交換器）、９、１０…バイパス用開閉弁（第２開閉弁）、１１、１２…コイル状パイプ（騒音低減手段）、１６、１７…バイパス路。

Claims (7)

1. 圧縮機と、加熱に用いる利用側熱交換器と、減圧装置と、並列に接続された複数の吸熱に用いる熱源側熱交換器と、前記各熱源側熱交換器の減圧装置側に直列に接続された複数の第１開閉弁と、を冷媒配管で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、
   前記圧縮機の吐出側配管と前記各熱源側熱交換器の入口側配管との間に、第２開閉弁を備えて並列に接続された複数のバイパス路を設け、
   前記第１開閉弁の何れかを閉じ、この第１開閉弁に対応する前記熱源側熱交換器の入口側配管に接続された前記バイパス路の第２開閉弁を開いて当該熱源側熱交換器の除霜を行うと共に、他の熱源側熱交換器を用いて前記利用側熱交換器による加熱を行うように制御する制御装置を備えた冷凍サイクルを用いた機器において、
   前記各バイパス路における前記第２開閉弁の開放直後に流れる冷媒による騒音を低減する騒音低減手段を備えたことを特徴とする冷凍サイクルを用いた機器。
2. 請求項１において、前記第２開閉弁として電動膨張弁を使用し、前記騒音低減手段は、前記熱源側熱交換器を除霜する際に、前記電動膨張弁の開放を３秒ないし２０秒かけて緩やかに行うように制御する構成としたことを特徴とする冷凍サイクルを用いた機器。
3. 請求項１において、前記騒音低減手段は前記バイパス路における前記第２開閉弁の出口側に設けられたコイル状パイプで構成したことを特徴とする冷凍サイクルを用いた機器。
4. 圧縮機と、暖房時と冷房時とで冷媒の流れを切替える四方弁と、室内熱交換器と、減圧装置と、並列に接続された複数の室外熱交換器と、前記各室外熱交換器の減圧装置側に直列に接続された複数の室外熱交換器用開閉弁と、を冷媒配管で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、
   前記圧縮機の吐出側配管と前記各室外熱交換器の暖房時入口側配管との間に、バイパス用開閉弁を備えて並列に接続された複数のバイパス路を設け、
   暖房時に、前記室外熱交換器用開閉弁の何れかを閉じ、この室外熱交換器用開閉弁に対応する前記室外熱交換器の暖房時入口配管に接続された前記バイパス路のバイパス用開閉弁を開いて当該室外熱交換器の除霜を行うと共に、他の室外熱交換器を用いて前記室内熱交換器による暖房を行うように制御する制御装置を備えた空気調和機において、
   前記各バイパス路における前記バイパス用開閉弁の開放直後に流れる冷媒による騒音を低減する騒音低減手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
5. 請求項４において、前記バイパス用開閉弁として電動膨張弁を使用し、前記騒音低減手段は、前記室外熱交換器を除霜する際に、前記電動膨張弁を３秒ないし２０秒かけて緩やかに開放するように制御する構成としたことを特徴とする空気調和機。
6. 請求項４において、前記騒音低減手段は、前記バイパス路における前記バイパス用開閉弁の出口側に設けられたコイル状パイプで構成したことを特徴とする空気調和機。
7. 請求項５において、前記電動膨張弁のポート径を２.５ｍｍ以上としたことを特徴とする空気調和機。

Images