JP2011075207A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気調和機において、除霜を暖房と同時に行って室内の快適性を確保しつつ、除霜時間を短縮すること。
【解決手段】圧縮機75、四方弁72、室内熱交換器33、減圧装置74および室外熱交換器73を冷媒配管で連結して冷凍サイクルを構成し、室外熱交換器を上側熱交換器731および下側熱交換器732の上下2つに分けて、それぞれの室外熱交換器731、732の暖房運転時入口側と圧縮機の吐出側とをホットガスバイパス回路715で連結して暖房・除霜運転を行う空気調和機において、上側熱交換器のうち下側熱交換器と近接する位置、および下側熱交換器のうち地面と近接する位置には、暖房・除霜運転時に室内熱交換器で熱交換された冷媒を減圧装置に向かって流す冷媒配管であるホットパイプ713a、713bがそれぞれ組み込まれた構成となっている。
【選択図】図6
【解決手段】圧縮機75、四方弁72、室内熱交換器33、減圧装置74および室外熱交換器73を冷媒配管で連結して冷凍サイクルを構成し、室外熱交換器を上側熱交換器731および下側熱交換器732の上下2つに分けて、それぞれの室外熱交換器731、732の暖房運転時入口側と圧縮機の吐出側とをホットガスバイパス回路715で連結して暖房・除霜運転を行う空気調和機において、上側熱交換器のうち下側熱交換器と近接する位置、および下側熱交換器のうち地面と近接する位置には、暖房・除霜運転時に室内熱交換器で熱交換された冷媒を減圧装置に向かって流す冷媒配管であるホットパイプ713a、713bがそれぞれ組み込まれた構成となっている。
【選択図】図6
Description
本発明は、空気調和機に係り、特に、室外熱交換器の除霜と室内の暖房とを同時に行う空気調和機に好適なものである。
空気熱源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に着霜を生ずる。着霜が生ずると室外熱交換器の通風路が狭まるため、室外熱交換器を循環する室外空気の量が減少する。循環する室外空気の量が減少すると、熱交換量が少なくなるため、室外熱交換器内を流れる冷媒の温度が下がる。冷媒の温度が下がると室外熱交換器の外気側の表面温度も下がり、益々着霜を生じやすくなり、着霜が進行する。このままでは室外熱交換器で室外空気から汲み上げる熱量が減少するため室内熱交換器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。これを防ぐために室外熱交換器の着霜の量が所定の量を超えた時には除霜運転をすることにより室外熱交換器の着霜を融解し、流下させて機外に排出させる。
従来から広く知られている除霜方式として逆サイクル除霜方式がある。これは、暖房運転中に除霜が必要になった場合には、冷凍サイクルを冷房サイクルに切換えて、圧縮機、室内機を熱源とし、圧縮機からの高温ガス冷媒を室外熱交換器に流して除霜するものである。また、室内の暖房をしながら室外熱交換器の除霜を行う空気調和機として、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)、特開平04−110576号公報(特許文献4)が知られている。
特許文献1には、暖房運転時には室外熱交換器が蒸発器となり、室内熱交換器が凝縮器となって室内を暖房するヒートポンプ式空気調和機において、室外熱交換器を上下方向に複数に分割し、分割された各室外熱交換器を室内熱交換器に並列に配管接続するとともに、それぞれ二方弁を介してコンプレッサの吸入口側に配管接続し、かつ、コンプレッサの吐出口側を分岐させて、各室外熱交換器にそれぞれ二方弁を介して配管接続し、暖房運転時に除霜を行うときは、コンプレッサからの吐出ガスの一部を分割された各室外熱交換器に上部側から下部側に順次切換えながら流して暖房と徐霜を並行して行うようにしたことが開示されている。
特許文献2には、圧縮機と、四方弁と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とを冷媒配管によって連結し冷凍サイクルを構成してなる空気調和機において、室外熱交換器を室外送風機の回転に伴って発生する空気流に対し前後二列に分離し、それぞれに膨張弁を連結した並列構成にするとともに、圧縮機の吐出側配管と、両室外熱交換器の暖房時入口側配管との間に開閉弁を備えたバイパス路を設け、高能力暖房運転、低能力暖房運転、除霜と暖房の同時運転等を行うよう設定したことが開示されている。
特許文献3には、複数に分割された熱交換器を並列に接続してなる室外側熱交換器と、この室外側熱交換器に圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧装置を接続して構成される暖房運転可能な冷凍サイクルと、圧縮機から吐出した吐出ガスを前記室外側熱交換器の暖房運転時、入口となる各熱交換器の口部にそれぞれ導くためのバイパス路と、このバイパス路の各出口を開閉する開閉手段と、室外側熱交換器の各熱交換器に対する着霜を検知する検知手段と、暖房運転時、前記検知結果にしたがって開閉手段を制御し圧縮機からの吐出ガスを着霜した熱交換器へ流入させる手段とを具備したことが開示されている。
特許文献4には、圧縮機と、流路切換用四方弁と、並列接続される2つの室外熱交換器と、冷暖切換可能な減圧装置と、室内熱交換器とを順次配管接続して冷凍サイクルを構成する空気調和機の冷凍装置において、2つの室外熱交換器とそれぞれ直列に冷暖兼用減圧器を配管接続すると共に、圧縮機の吐出側から開閉弁をそれぞれ備える2つのバイパス管を分岐し、同2つのバイパス管を室外熱交換器と冷暖兼用減圧器との間を配管接続する2つの接続配管にそれぞれ接続してなり、除霜運転時、各バイパス管に備える開閉弁を交互に開閉して、2つの室外熱交換器を交互に除霜するようにしたことが開示されている。
寒い朝などの低温時に暖房運転を開始する場合、室温が設定温度に到達する前に除霜を開始することが必要となり、前述の逆サイクル除霜方式の空気調和機では、暖房運転を止めて逆サイクル除霜運転を始めるため、除霜中に室温が大きく低下して快適性が損なわれると共に、室温が設定温度に到達するまでの時間が長くなる、という課題があった。
特許文献1の空気調和機では、暖房運転中に常時除霜を行うようにしているので、暖房能力が常時低下した状態で室内の暖房を行うことになる、という問題があった。また、3分割された室外熱交換器の最小部分の除霜を順次切換えて行うようにしているので、除霜時間が長くなる、という課題があった。
特許文献2及び特許文献3の空気調和機では、室外熱交換器を空気流に対し前後二列に分離して交互に除霜するようにしているので、分離された室外熱交換器における一方の除霜により生じた融解水を他方の霜の融解に利用できず、効率良く短時間で除霜することができない、という課題があった。
特許文献4の空気調和機では、室外熱交換器を空気流に対し左右に分離して交互に除霜するようにしているので、分離された室外熱交換器における一方の除霜により生じた融解水を他方の霜の融解に利用できず、効率良く短時間で除霜できない、という課題があった。
また、除霜を効率良く行うためには、なるべく冷媒を高温状態に維持する必要があるが、特許文献1〜4に記載の従来技術では、分割した室外熱交換器の一方で暖房運転を行いながら、他方の室外熱交換器で除霜運転を行うようになっているため、除霜運転を行っている室外熱交換器のうち暖房運転を行っている室外熱交換器と近接する部分、即ち分割した部分は、暖房運転を行っている室外熱交換器を流れる低温の冷媒の影響を受けて温度が下がってしまう。そのため、除霜時間が長くなってしまうといった課題が生じていた。さらには、地面や低温の除霜水による影響で室外熱交換器を流れる冷媒の温度が低下することも除霜時間が長時間化する一因となっていた。
本発明の目的は、除霜を暖房と同時に行って室内の快適性を確保しつつ、除霜時間を短縮できる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に、本発明の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して冷凍サイクルを構成し、前記室外熱交換器を上側に位置する上側熱交換器と下側に位置する下側熱交換器との2つに分けてそれぞれを並列に接続すると共に、前記上側熱交換器の冷媒回路と前記下側熱交換器の冷媒回路のそれぞれの暖房運転時入口側に主回路開閉機構を設け、前記圧縮機の吐出側から前記上側熱交換器の冷媒回路の暖房運転時入口側と前記下側熱交換器の冷媒回路の暖房運転時入口側のそれぞれに連結するホットガスバイパス回路を設けると共に、それぞれのホットガスバイパス回路にバイパス開閉弁を設け、冷房運転、暖房運転、および暖房と除霜を同時に行う暖房・除霜運転を含む運転を制御する制御装置を備えた空気調和機において、前記上側熱交換器のうち前記下側熱交換器と近接する位置、および前記下側熱交換器のうち地面と近接する位置には、暖房・除霜運転時に前記室内熱交換器で熱交換された冷媒を前記減圧装置に向かって流す冷媒配管であるホットパイプがそれぞれ組み込まれ、前記制御装置は、前記暖房・除霜運転を行う場合に、前記主回路開閉機構及び前記バイパス開閉弁を開閉操作して、前記上側熱交換器を除霜しつつ前記下側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転をした後に、前記下側熱交換器を除霜しつつ前記上側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転をし、この除霜・暖房運転の終了後に暖房運転に復帰するように制御することを特徴としている。
ここで、本発明において、暖房運転中に除霜を開始する場合に主回路開閉機構及びバイパス開閉弁を「開閉操作」するとは、具体的には次のことを言う。即ち、暖房運転時には主回路開閉機構が開でバイパス開閉弁が閉の状態に制御されているものが、暖房・除霜運転時には、主回路開閉機構が閉でバイパス開閉弁が開の状態に開閉が逆になることを言う。より詳細には、上側熱交換器を除霜しながら下側熱交換器で暖房する場合には、圧縮機の吐出側と上側熱交換器とを繋ぐホットガスバイパス回路に設けられたバイバス開閉弁が開で、上側熱交換器の暖房運転時入口側に設けられた主回路開閉機構が閉となり、下側熱交換器を除霜しながら上側熱交換器で暖房する場合には、圧縮機の吐出側と下側熱交換器とを繋ぐホットガスバイパス回路に設けられたバイバス開閉弁が開で、下側熱交換器の暖房運転時入口側に設けられた主回路開閉機構が閉となるように操作することを言う。
また、本発明において、ホットパイプが組み込まれるとは、ホットパイプ内を流れる冷媒の熱が室外熱交換器を流れる冷媒に伝達するように取り付けられることをいい、熱伝達が行われるように取り付けられている限り、如何なる状態で取り付けられていても良い。例えば、本発明のホットパイプを、上側熱交換器のうち下側熱交換器と近接する位置、および下側熱交換器のうち地面と近接する位置に直接接触させるようにして取り付けることができる。
また、係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
(1)前記上側熱交換器の内部に設けられた上側熱交換器内配管のうち前記下側熱交換器と近接する位置にある上側熱交換器内配管は前記ホットパイプの一部を構成すること。具体的には、ホットパイプの途中を、上側熱交換器内配管のうち下側熱交換器と近接する位置にある上側熱交換器内配管と繋いでホットパイプに係る冷媒回路を構成することが好ましい。ホットパイプ内を流れる冷媒の温度が下側熱交換器を流れる冷媒より温度が高いため、上側熱交換器を流れる冷媒の温度が急激に低下することを防ぐことができ、除霜時間を短縮できるからである。
(2)前記下側熱交換器の内部に設けられた下側熱交換器内配管のうち前記地面と近接する位置にある下側熱交換器内配管は前記ホットパイプの一部を構成すること。具体的には、ホットパイプの途中を下側熱交換器内配管のうち地面と近接する位置にある下側熱交換器内配管と繋いでホットパイプに係る冷媒回路を構成することが好ましい。ホットパイプ内を流れる冷媒の温度が地面の温度より高いため、下側熱交換器を流れる冷媒の温度が急激に低下することを防ぐことができ、除霜時間を短縮できるからである。
(3)前記圧縮機の吐出口と前記四方弁の間に電磁誘導加熱器を設け、この電磁誘導加熱器により冷媒を加熱しつつ、前記制御装置は前記上側熱交換器を除霜しつつ前記下側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転の時間よりも前記下側熱交換器を除霜しつつ前記上側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転の時間を長くすること。
(1)前記上側熱交換器の内部に設けられた上側熱交換器内配管のうち前記下側熱交換器と近接する位置にある上側熱交換器内配管は前記ホットパイプの一部を構成すること。具体的には、ホットパイプの途中を、上側熱交換器内配管のうち下側熱交換器と近接する位置にある上側熱交換器内配管と繋いでホットパイプに係る冷媒回路を構成することが好ましい。ホットパイプ内を流れる冷媒の温度が下側熱交換器を流れる冷媒より温度が高いため、上側熱交換器を流れる冷媒の温度が急激に低下することを防ぐことができ、除霜時間を短縮できるからである。
(2)前記下側熱交換器の内部に設けられた下側熱交換器内配管のうち前記地面と近接する位置にある下側熱交換器内配管は前記ホットパイプの一部を構成すること。具体的には、ホットパイプの途中を下側熱交換器内配管のうち地面と近接する位置にある下側熱交換器内配管と繋いでホットパイプに係る冷媒回路を構成することが好ましい。ホットパイプ内を流れる冷媒の温度が地面の温度より高いため、下側熱交換器を流れる冷媒の温度が急激に低下することを防ぐことができ、除霜時間を短縮できるからである。
(3)前記圧縮機の吐出口と前記四方弁の間に電磁誘導加熱器を設け、この電磁誘導加熱器により冷媒を加熱しつつ、前記制御装置は前記上側熱交換器を除霜しつつ前記下側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転の時間よりも前記下側熱交換器を除霜しつつ前記上側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転の時間を長くすること。
(4)鋼鉄製の外殻を持つ圧縮機を用い、外気温0℃以上のときの除霜禁止期間を次の式の数値以下とすること。
除霜禁止期間(単位:分)=8×圧縮機の質量(単位:kg)/室外熱交換器の吸熱量(単位:kW) … (1)。
(5)前記除霜禁止期間を20分〜5分とすること。
(6)前記制御装置は、外気温の低下に基づいて、前記圧縮機の吐出温度を高温側にシフトして制御すると共に、除霜禁止期間を短縮するように制御すること。
(7)前記制御装置は、除霜・暖房運転時に暖房運転時よりも室外送風装置の回転数を低下させ、更に、外気温度が所定値より低い場合の除霜運転時に室外送風装置の運転を停止するように制御すること。
(8)前記制御装置は、除霜・暖房運転を除霜運転時間に達するまで行っても前記室外熱交換器の温度が所定値に達しない場合に前記四方弁を切換えて逆サイクル除霜運転を行うように制御すること。
(9)前記制御装置は、前記上側熱交換器,下側熱交換器各々の内にホットパイプを組込み暖房運転中に除霜しつつ暖房運転を行うように制御すること。
(10)前記制御装置は、除霜・暖房運転時に電磁誘導過熱器により冷媒を過熱し除霜・暖房運転時の能力を補助するように制御すること。
除霜禁止期間(単位:分)=8×圧縮機の質量(単位:kg)/室外熱交換器の吸熱量(単位:kW) … (1)。
(5)前記除霜禁止期間を20分〜5分とすること。
(6)前記制御装置は、外気温の低下に基づいて、前記圧縮機の吐出温度を高温側にシフトして制御すると共に、除霜禁止期間を短縮するように制御すること。
(7)前記制御装置は、除霜・暖房運転時に暖房運転時よりも室外送風装置の回転数を低下させ、更に、外気温度が所定値より低い場合の除霜運転時に室外送風装置の運転を停止するように制御すること。
(8)前記制御装置は、除霜・暖房運転を除霜運転時間に達するまで行っても前記室外熱交換器の温度が所定値に達しない場合に前記四方弁を切換えて逆サイクル除霜運転を行うように制御すること。
(9)前記制御装置は、前記上側熱交換器,下側熱交換器各々の内にホットパイプを組込み暖房運転中に除霜しつつ暖房運転を行うように制御すること。
(10)前記制御装置は、除霜・暖房運転時に電磁誘導過熱器により冷媒を過熱し除霜・暖房運転時の能力を補助するように制御すること。
係る本発明の空気調和機によれば、除霜を暖房と同時に行って室内の快適性を確保しつつ、除霜時間を短縮できる。
以下、本発明の一実施例に係る空気調和機について図を用いて説明する。まず、本実施例の空気調和機の全体構成に関して図1及び図2を用いて説明する。図1は本発明の一実施例の空気調和機の構成図である。図2は図1の空気調和機の冷凍サイクル構成図である。
空気調和機1は、冷凍サイクルと、送風装置と、これらを制御する制御系とを備えて構成されている。なお、この空気調和機1は、室内機2と室外機6とを冷媒配管8、電気配線、信号配線などを介して接続されたセパレート形空気調和機である。
空気調和機1は、冷凍サイクルと、送風装置と、これらを制御する制御系とを備えて構成されている。なお、この空気調和機1は、室内機2と室外機6とを冷媒配管8、電気配線、信号配線などを介して接続されたセパレート形空気調和機である。
冷凍サイクルは、圧縮機75、電磁誘導加熱器77、四方弁72、室外熱交換器73、主回路開閉弁(主回路開閉機構)713d、713e、減圧装置74、ホットパイプ713a、713b、713c、室内熱交換器33、バイパス開閉弁715a、715bを備え、これらを冷媒配管8を介して接続することにより構成されている。冷媒配管8は、吸込配管710、吐出配管711、利用側ガス管712、液管713、熱源側ガス管714、ホットガスバイパス管715、ホットパイプ713a、713b、713c、上側バイパス管716a、下側バイパス管716bなどで構成されている。
ホットパイプ713a、713b、713cは、暖房・除霜運転時に室内熱交換器33で熱交換された冷媒が減圧装置74に向かって流れる冷媒配管であり、ホットパイプ713aは上側熱交換器731に組み込まれ、ホットパイプ713bは下側熱交換器732に組み込まれている。具体的には、室内熱交換器33の暖房・除霜運転時の出口側に接続された液管713から2つのホットパイプ713a、713bが分岐しており、一方のホットパイプ713aは、上側熱交換器731のうち下側熱交換器732と近接する位置、即ち、第3上側冷媒回路731と第1下側冷媒回路732aの間にある上側熱交換器内配管735aと繋がっており、他方のホットパイプ713bは、下側熱交換器732のうち地面と近接する位置、即ち、第2下側冷媒回路732bより下側にある下側熱交換器内配管735bと繋がっている。このように、室外熱交換器73の内部に設けられた熱交換器内配管の一部(735a、735b)は、ホットパイプ713aの一部、または、ホットパイプ713bの一部となっているのである。そして、上側熱交換器731を出たホットパイプ713aと、下側熱交換器732を出たホットパイプ713bは集合して1つのホットパイプ713cとなって減圧装置74に連結されている。
室内熱交換器33は室内機2に収納され、圧縮機75、電磁誘導加熱器77、四方弁72、室外熱交換器73、主回路開閉弁713d、713e、減圧装置74、ホットパイプ713a、713b、713c、バイパス開閉弁715a、715bは室外機6に収納されている。四方弁72は冷媒流路切換弁の一例である。この四方弁72は、冷房サイクルと暖房サイクルとを切換えるものである。ここで、冷房サイクルは、圧縮機75から吐出配管711を介して吐出された冷媒を室外熱交換器73へ導き、室内熱交換器33からの冷媒を圧縮機75に戻すサイクルである。暖房サイクルは、圧縮機75から吐出された冷媒を室内熱交換器33へ導き、室外熱交換器73からの冷媒を吸込配管710及びアキュムレータ76を介して圧縮機75に戻すサイクルである。
従って、室外熱交換器73は、冷房サイクルの冷房運転時に高圧側熱交換器(凝縮器)を構成し、暖房サイクルの暖房運転時に低圧側熱交換器(蒸発器)を構成する。また、室内熱交換器33は、暖房サイクルの暖房運転時に高圧側熱交換器(凝縮器)を構成し、冷房サイクルの冷房運転時に低圧側熱交換器(蒸発器)を構成する。
室外熱交換器73は、熱交換器内配管と熱交換フィンとで構成され、その熱交換器内配管で形成される冷媒回路を複数に分割して並列に接続されている。この冷媒回路は上側の冷媒回路と下側の冷媒回路との2つの冷媒回路に区分して構成されている。室外熱交換器73は、上側の冷媒回路を含む上側熱交換器731と、下側の冷媒回路を含む下側熱交換器732とからなっている。上側熱交換器731は、第1上側冷媒回路731a、第2上側冷媒回路731b、第3上側冷媒回路731cを有している。下側熱交換器732は、第1下側冷媒回路732a、第2下側冷媒回路732bを有している。なお、上側熱交換器731の伝熱面積の方が下側熱交換器732の伝熱面積よりも大きくなるようにして分割されている。
上側熱交換器731及び下側熱交換器732の各々は、主回路開閉弁713d、713eを介して、減圧装置74に接続されている。また、上側熱交換器731、下側熱交換器732と主回路開閉弁713d、713eとの間から分岐し、バイパス開閉弁715a、715bを介して圧縮機75の吐出配管711にホットガスバイパス管715で接続されるホットガスバイパス回路が設けられている。
減圧装置74は、室外熱交換器73と室内熱交換器33との間に設けられ、冷房サイクルの冷房時に室外熱交換器73からの冷媒を減圧し、暖房サイクルの暖房運転時に室内熱交換器33からの冷媒を減圧する。なお、本実施例では減圧装置74は絞り開度が制御可能な膨張弁、例えば電動式などで構成されている。
主回路開閉弁713d、713e及びバイパス開閉弁715a、715bは、電磁式開閉弁で構成され、冷媒の主回路及びホットガスバイパス回路を開閉するものである。
空気調和機1における送風装置は、室外機6に収納された室外送風装置63と、室内機2に収納された室内送風装置31とからなっている。室外送風装置63は、室外熱交換器73に室外空気を流通させる室外ファン631と、室外ファン631を駆動する室外送風モーター633とを備えている。室内送風装置31は、室内熱交換器33に室内の空気を流通させる室内ファン311と、室内ファン311を駆動する室内送風モーター313とを備えている。本実施例では、室外ファン631として軸流ファンを使用し、室内ファン311として横流ファンを使用している。
空気調和機1における制御系は、冷媒温検知センサー811a、811b、812と、制御装置10とを備えて構成されている。冷媒温検知センサー811aは、暖房時の室外熱交換器73の上側熱交換器731の出口温度を検出し、冷媒温検知センサー811bは、暖房時の室外熱交換器73の下側熱交換器732の出口温度を検出する。また、冷媒温検知センサー812は、逆サイクル除霜時の室外熱交換器73の出口温度を検出する。
制御装置10は、冷媒温検知センサー811a、811b、812の検出結果や使用者の運転指令に基づいて、圧縮機75、四方弁72、室外送風モーター633、室内送風モーター313、減圧装置74、主回路開閉弁713d、713e、バイパス開閉弁715a、715bなどを制御する。なお、本実施例では、制御装置10は、演算する機能を有する制御装置と、各機器を制御する機能を有する制御装置とを一つで示してあるが、これらが分けて構成されていても良く、或いは各機器を制御する機能を有する制御装置がさらに分けて構成されていても良い。
次に、空気調和機1の運転動作を図3〜図8を参照しながら説明する。先ず、冷房サイクルにおける冷房運転について図4を用いて説明する。図4は図1の空気調和機の冷房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。空気調和機1の冷房運転をする際には、四方弁72を図4のように切換え、主回路開閉弁713d、713eを開、バイパス開閉弁715a、715bを閉にして冷房運転サイクルを形成すると共に、圧縮機75、室外送風モーター633及び室内送風モーター313を運転する。
圧縮機75に吸込まれたガス冷媒は、圧縮機75で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって、図4の実線矢印の方向に流れ、四方弁72を通って凝縮器となる室外熱交換器73の上側熱交換器731及び下側熱交換器732に入り、室外空気と熱交換し冷却されて凝縮され、液または気液混合の冷媒となる。
次いで、冷媒は、主回路開閉弁713d、713eを介して、減圧装置74に入り、膨張して減圧され、低圧の気液混合の冷媒となる。この気液混合冷媒は、図4で低圧冷媒の流れを示す破線の矢印の方向に流れ、ホットパイプ713a、713b、713cを通った後、室外機6を出て室内機2に入り、蒸発器となる室内熱交換器33に入り、室内空気と熱交換して室内を冷房し、自身は加熱され、ガス冷媒となって圧縮機75に戻る。
次に、暖房サイクルにおける暖房運転について図5を用いて説明する。図5は図1の空気調和機の暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。暖房運転する際には、四方弁72を図5のように切換え、主回路開閉弁713d、713eを開、バイパス開閉弁715a、715bを閉にして暖房運転サイクルを形成すると共に、圧縮機75、室外送風モーター633及び室内送風モーター313を運転する。
圧縮機75に吸込まれたガス冷媒は、圧縮機75で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって、図5の実線矢印の方向に流れ、四方弁72を通って凝縮器となる室内熱交換器33に入り、室内空気と熱交換し冷却されて凝縮され、液または気液混合の冷媒となる。
凝縮して液または気液混合の冷媒となった冷媒は、室内機2を出て室外機6に入り、室外熱交換器73の下部又は除霜水排出口近辺及び上側熱交換器731と下側熱交換器732に引回されたホットパイプ713a、713b、713cを流れ、除霜時に落下した氷片を融解して室外機6の外に完全に排出し、室外機6内に残霜が生じないようにしている。ホットパイプ713a、713b、713cを通った冷媒は、減圧装置74に入り、膨張して減圧され、低圧の気液混合の冷媒となる。
この気液混合冷媒は、図5で低圧冷媒の流れを示す破線の矢印の方向に流れ、主回路開閉弁713d、713eを介して、蒸発器となる室外熱交換器73の上側熱交換器731及び下側熱交換器732に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機75に戻る。上述した暖房サイクルにおける暖房運転動作を繰り返すことにより、暖房運転が継続される。
係る暖房運転時には、室外熱交換器73は室外空気から熱を奪うため低温になり、0℃以下となって伝熱面に着霜することがある。外気の温度が低く、湿気が高いとこの現象は顕著になり、室外空気の流通面に付着した霜により、室外空気の流通が妨げられて室外ファン631の風量が減少する。室外ファン631の風量が減少すると室外熱交換器73の温度が更に低下し、益々霜が着きやすくなる。かくして、室外熱交換器73の着霜は増え続け、空気調和機1が室外空気から汲み上げる熱量が減少し、暖房能力も減少して、室内を十分に暖房できなくなり、暖房の機能が喪失してしまうので、除霜運転が必要になる。
次に、暖房サイクルにおける除霜・暖房運転について図6及び図7を用いて説明する。図6は図1の空気調和機の室外熱交換器の上部を除霜する時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図、図7は図1の空気調和機の室外熱交換器の下部を除霜する時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。前述のように、暖房運転をしていると、湿気の多い日には、室外熱交換器73に霜が付き、暖房能力が落ちてくる。冷媒温検知センサー812が所定の温度を下回り、かつ、暖房サイクルでの暖房運転を所定の時間以上行っている場合に、着霜の量が所定の量に達したとみなし、暖房サイクルによる除霜運転を行う。この除霜運転は、四方弁72を図6のように暖房運転時と同じにし、主回路開閉弁713dを閉、主回路開閉弁713eを開、バイパス開閉弁715aを開、バイパス開閉弁715bを閉にして、室外熱交換器73の内の上側熱交換器731を凝縮器として機能させると共に、下側熱交換器732を蒸発器として機能させ、除霜と暖房とを同時に行う除霜・暖房運転サイクルを形成する。この時、室外送風モーター633を低速運転し、室内送風モーター313は、吹出し温度が所定温度以上を保持できるように運転を制御する。
ここで、圧縮機75に吸込まれたガス冷媒は、圧縮機75で圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって、吐出配管711に吐出され、電磁誘導加熱器77で加熱され、途中で分岐して、一方の冷媒は四方弁72に入り、他方の冷媒はホットガスバイパス管715に入る。
四方弁72に入った一方の冷媒は、図6の実線矢印の方向に流れ、室内熱交換器33に入り、室内空気と熱交換し冷却されて凝縮され、液または気液混合の冷媒となる。この際に室内の暖房が行われる。液または気液混合の冷媒となった冷媒は、室内機2を出て室外機6に入り、ホットパイプ713a、713b、713cを流れ、周辺の氷片を融解して室外機6の外に排出する。ホットパイプ713a、713b、713cを通った冷媒は、減圧装置74に入り、膨張して減圧され、低圧の気液混合の冷媒となる。この気液混合冷媒は、図6で低圧冷媒の流れを示す破線の矢印の方向に流れ、主回路開閉弁713eを介して、蒸発器となる室外熱交換器73の下側熱交換器732に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機75に戻る。
他方、ホットガスバイパス管715に入った冷媒は、図6の実線矢印の方向に流れ、バイパス開閉弁715aを介して室外熱交換器73の上側熱交換器731に入る。上側熱交換器731に入った冷媒は、高温高圧であるので上側熱交換器731に付着した霜を融解して下方に流下させる。流下した融解水は、蒸発器として作用している下側熱交換器732に流れ込み、最初は下側熱交換器732の着霜を融かしながら流下し、流下するに従って低温になり、外気温が低い場合などは終りには再氷結するが、ホットパイプ713a、713b、713cが下側熱交換器732での再氷結を防止する。
この時、融解水は下側熱交換器732に熱を与えながら流下し、その熱は下側熱交換器732内部の冷媒の気化を促進する。つまり、上側熱交換器731で着霜の融解に使われた熱の一部が下側熱交換器732の着霜を一部融解し、更に内部の冷媒の気化に寄与して回収され、除霜の熱量が有効に使われる。
上側熱交換器731の霜を除霜した冷媒は上側熱交換器731を出たところで下側熱交換器732で気化した冷媒と合流し圧縮機75に戻る。上側熱交換器731の除霜運転を所定時間または上側熱交換器731の出口の冷媒温検知センサー811aが所定温度まで上昇すると、下側熱交換器732の除霜を次に行う。
下側熱交換器732の除霜に切換えるには、主回路開閉弁713dを開、主回路開閉弁713eを閉、バイパス開閉弁715aを閉、バイパス開閉弁715bを開にして、室外熱交換器73の内の下側熱交換器732を凝縮器として機能させると共に、上側熱交換器731を蒸発器として機能させ、除霜と暖房とを同時に行う除霜・暖房運転サイクルを形成する。この時、室外送風モーター633を低速運転し、室内送風モーター313は、吹出し温度が所定温度以上を保持できるように運転を制御する。
ここで、四方弁72から室内熱交換器33に流れ、減圧装置74で減圧されるまでの冷媒の流れは、上側熱交換器731を除霜する時と同じである。減圧装置74で減圧された冷媒は、図7の破線の矢印の方向に流れ、主回路開閉弁713dを介して、蒸発器となる上側熱交換器731に入り、室外空気と熱交換して加熱され、ガス冷媒となって圧縮機75に戻る。
ホットガスバイパス管715に入った冷媒は、図7の実線矢印の方向に流れ、バイパス開閉弁715bを介して室外熱交換器73の下側熱交換器732に入る。下側熱交換器732に入った冷媒は、高温高圧であるので、下側熱交換器732に付着した霜を融解して下方に流下させる。流下した融解水は、除霜水の排出口から室外機6の外に排出される。下側熱交換器732の霜を除霜した冷媒は、下側熱交換器732を出たところで上側熱交換器731で気化した冷媒と合流し圧縮機75に戻る。下側熱交換器732の除霜運転が所定時間経過すると、または下側熱交換器732の出口の冷媒温検知センサー811bが所定温度まで上昇すると、主回路開閉弁713d、713eを開、バイパス開閉弁715a、715bを閉にして、除霜・暖房運転を終了し、直ちに図5の暖房運転に復帰する。
上述したように、空気熱源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73に着霜を生ずる。着霜が生ずると室外熱交換器73の通風路が狭まるため、室外熱交換器73を循環する室外空気の量が減少する。循環する室外空気の量が減少すると、熱交換量が少なくなるため室外熱交換器73内を流れる冷媒の温度が下がる。冷媒の温度が下がると室外熱交換器73の外気側の表面温度も下がり、益々着霜を生じやすくなり、着霜が進行する。
このままでは室外熱交換器73で室外空気から汲み上げる熱量が減少するため、室内熱交換器33から放熱する熱量も減少して暖房能力が低下し、室内の快適性が損なわれる。これを防ぐために、室外熱交換器73の着霜の量が所定の量を超えた時には除霜をすることにより、室外熱交換器73の着霜を融解して流下させて機外に排出させる。この時、室外熱交換器73の下部は上部から流れてきた融解水が通過するため、上部より水滴が残り易い。水滴が残った状態で除霜運転が終了して暖房運転が始まると、残った水滴が氷結して室外空気の通風を妨害する。室外空気の通風が妨害されると、前述のように着霜が成長し易くなり、暖房能力の低下が進行する。
ここで、圧縮機75の吐出側と暖房時の室外熱交換器73の入口側を連結するバイパス開閉弁715a、715bを備えたホットガスバイパス回路を有し、暖房運転時の室外熱交換器73の除霜をバイパス開閉弁715aまたは715bを開いて行う空気熱源ヒートポンプ空気調和機において、室外熱交換器73を上部より下部が小さい複数の冷媒回路に上下方向に分割し、各回路を並列に接続すると共に、室内熱交換器33と複数の冷媒回路の各々との間に主回路開閉弁(主回路開閉機構)713d、713eを設け、主回路開閉弁713d、713eとバイパス開閉弁715a、715bとを交互に開閉して複数の冷媒回路の1回路を除霜しつつ他の回路で暖房運転を継続する。
これにより、除霜していない下側熱交換器732又は上側熱交換器を蒸発器として暖房運転が継続できる。また、除霜のとき、圧縮機75からのホットガスで解氷しなければならない熱交換器の伝熱面の面積は、下側熱交換器732の方が上側熱交換器731よりも狭いので、この狭い範囲の着霜を暖めれば良く、除霜に要する時間が短縮されることとなる。
また、狭い範囲を暖めれば良いため、熱が行き渡り易く、解氷が十分行われ、解けて流下する水滴の温度も上がり、粘性が小さくなって流下し易くなると共に、一部が空気中へ蒸発しやすくなる。このようにして、下側熱交換器732に流下しないで残存する水滴の量が減少する。したがって、下側熱交換器732は除霜の都度、残存水の少ない、着霜しにくい状態になるので、着霜の進行が遅れる。着霜の進行が遅れると、その分、室外熱交換器73の除霜の開始を遅らせることができ、室内を除霜・暖房運転で十分に暖房することができる。このため、室内を暖房しながら除霜する除霜・暖房運転が可能で、除霜・暖房運転の所要時間を短縮でき、室内の快適性を長く保つことができる。
また、上側熱交換器731にはホットパイプ713aが組み込まれているから、下側熱交換器732を流れる低温の冷媒の温度の影響を受けにくい。つまり、ホットパイプ713aを流れる冷媒の温度は、除霜を行っている上側熱交換器731を流れる冷媒の温度と、暖房を行っている下側熱交換器732を流れる冷媒の温度の間の温度であるので、暖房を行っている下側熱交換器732を流れる冷たい冷媒の温度によって除霜を行っている上側熱交換器731の冷媒の温度が急激に低下することを抑止できる。
また、下側熱交換器732を流れる冷媒は、地面や低温の除霜水の影響を受けやすいが、ホットパイプ713bが組み込まれているので、温度の低下が抑止される。即ち、ホットパイプ713bを流れる冷媒の温度が地面や除霜水の温度よりも高いため、下側熱交換器732の温度が急激に下がることを防ぐことができるのである。このように、ホットパイプ713a、713bが室外熱交換器73に組み込まれることにより、除霜運転を行っている室外熱交換器73を流れる冷媒の温度が低下することを防止できるので、暖房・除霜運転の所要時間が大幅に短縮されるのである。
また、一般に、着霜が生じるような温度条件での暖房時は、外気温が低いときが多く、温風の温度を上げるため、高い凝縮温度が要求され、また、圧縮機75の吸い込み圧力は外気温が低いため、低くなるので、圧縮比が上がり、圧縮機75の効率が下がってしまう。これを補うため、回転数制御圧縮機を使用するときなどは回転数を上げて、冷媒の循環量を確保する必要がある。また、圧縮機75の仕事量も暖房能力に加わるので、圧縮機75を存分に働かせて暖房能力を確保する。このため、圧縮機75は高負荷で駆動され、圧縮機75は高温に保持されている。また、電磁誘導加熱器77によりさらに高温保持される。この状態から除霜・暖房運転に入ると、圧縮機75が高温に保持されているので、圧縮機75から吐出される冷媒は高温状態で電磁誘導加熱器77を通りさらに高温になりホットガスバイパス回路を流れ、上側熱交換器731に流入する。
また、一般に、室外熱交換器用73に送風する室外ファン631は外気を大量に循環させて、熱交換を効率よく行わせるため、軸流ファン631が使用される。軸流ファンは発生できる風圧がさほど大きくないため、室外機6の構造は外気吸込み口、室外熱交換器73、軸流ファン631、外気吹出し口をほぼ一直線に並べ、通風経路を単純な形にして、通風の圧力損失を抑えるように構成されている。
このように、わずかな風圧で、大量の外気を通風させるので、室外熱交換器73を通過する外気の量は通風経路の違いで場所によって変わる。室外熱交換器73を上下に分けた場合、室外熱交換器73の下部は上部に比べて地面の影響を強く受け、極わずかではあるが、通風抵抗が増すと考えられる。この僅かな差で、室外熱交換器73の下部を流れる外気の量がほんの少し減少する。このため、室外熱交換器73の上部と下部を比較すると、下側熱交換器732は上側熱交換器731に比べて、風速が遅くなり、熱交換性能が低下する。このため、下側熱交換器732は上側熱交換器731に比べて、低温になり、着霜し易くなる。また、室外熱交換器73の下部は上部から流れてきた上側熱交換器731の除霜時の融解水が通過するため、上部より水滴が残り易い。水滴が残った状態で除霜・暖房運転が終了し、暖房運転が始まると、残った水滴が氷結し、室外空気の通風を妨害する。室外空気の通風が妨害されると前述のように、更に、着霜が成長し易くなる。
そこで、室外熱交換器73の除霜を行う時に、上側熱交換器731、下側熱交換器732の順に除霜を行うと共に、下側熱交換器732の除霜時間を、先に行った上側熱交換器731の除霜時間より長くしている。これにより、室外熱交換器73に着霜し、着霜量が除霜を必要とする所定量に達したときに、上側熱交換器731から順に除霜・暖房運転を行う。まず、上側の冷媒回路にホットガスバイパス回路からのガスを流し、除霜・暖房運転を行う。上側の冷媒回路にホットガスを流すので、室外熱交換器73の上側の冷媒回路の空気側伝熱面に付着した着霜が融解し、下方に流れ下る。
この融解水の温度が高い場合は、融解水は下側熱交換器732の空気側伝熱面の着霜に触れ、これを融解水自身の顕熱で溶かしながら更に流れ下る。このとき、下側熱交換器732で着霜が融解した部分は、熱伝達の妨害をしていた着霜が除かれるので、外気から、冷媒への熱移動がスムーズに行われ、熱交換能力が回復し、室内の暖房能力の低下を抑制する。流れ下る融解水の温度が融解点まで下がると、融解水はそれ以上着霜を融解することなく流下し、流下しながら下側熱交換器内を流れる下側冷媒回路の冷媒で冷却されて凝固する。
このとき、融解水の凝固熱は下側冷媒回路の冷媒を温めるので、上側熱交換器で着霜の融解に使用された熱量が回収される。上側熱交換器731の除霜のための除霜・暖房運転が終了すると、次に、下側熱交換器732の除霜を行うための除霜・暖房運転が開始される。下側の冷媒回路に圧縮機75からのホットガスを流すので、室外熱交換器73の下側の冷媒回路の空気側伝熱面に付着した着霜が融解し、下方に流れ下り、下側熱交換器73の除霜が行われる。
このとき、上側熱交換器731は除霜が終了した直後なので、熱伝達の妨害をしていた着霜が除かれているので、外気から、冷媒への熱移動がスムーズに行われ、熱交換能力が回復し、室内の暖房能力の低下を抑制する。このように、除霜・暖房運転時でも暖房能力の大幅な低下を抑制しつつ、暖房を継続することができる。
また、上側熱交換器731の除霜時には、下側熱交換器732の着霜量が一時的に増加する。しかし、上側熱交換器731の除霜の終了に引き続いて下側熱交換器732の除霜のための除霜・暖房運転が行われるので、下側熱交換器732も除霜される。したがって、下側熱交換器732の着霜が増え続け、残霜が生ずることはない。このため、着霜を完全に除去でき、残霜を生じさせない。
また、最初の除霜・暖房運転では高温のホットガスを上側熱交換器731の除霜に使用できるので、除霜・暖房運転の時間は短かいが、広範な範囲を除霜することができる。この時、室内熱交換器33に送られる冷媒の温度も高温な状態であるので、暖房能力は減少するが、時間が短いため、室温の変動は少なく室内の快適性の低下を抑制することができる。
このように、除霜・暖房運転の開始からの短時間で、広範な範囲の上側熱交換器731の除霜が完了し、下側熱交換器732の除霜に切換えることができる。下側熱交換器732の除霜のための除霜・暖房運転では、除霜すべき下側熱交換器732の範囲は上側熱交換器731より狭くなるが、圧縮機75の吐出ガスの温度が直前に行われた上方の上側熱交換器731の除霜・暖房運転のために低下しているので、その除霜・暖房運転の所要時間は長くなる。
また、下側熱交換器732には霜が着きやすいので、その除霜・暖房運転の時間を残霜が生じないよう十分長くする必要がある。しかし、この時は、上側熱交換器731の除霜が完了しているので、上側熱交換器731はその熱交換能力を十分発揮でき、外気から熱を吸収し、圧縮機75の吐出温度の低下を抑制し、ホットガスの温度低下を抑えて、除霜・暖房運転できる。これによって、その除霜・暖房運転の所要時間は上方熱交換器の除霜所要時間の2倍程度に抑えられ、上側熱交換器731と下側熱交換器732の除霜・暖房運転の所要時間の合計を逆サイクル除霜運転した場合に比べて短縮することができる。また、この時、圧縮機75の吐出温度の低下が抑制されるので、暖房能力の低下も抑制することができる。このため、室内を暖房しながら除霜をすることが可能で、且つ、除霜・暖房運転の所要時間を短縮できる。
一般に、効率よく暖房運転するため、暖房運転時の圧縮機75の吐出温度は70℃前後に制御されている。高圧チャンバーを有する圧縮機75では、この吐出冷媒が高圧チャンバー内に充満するため、圧縮機75全体が高温に保たれる。また、室外熱交換器73の除霜を終了した後、暖房運転の立上がりを良くするため、除霜終了時の圧縮機75の吐出温度は室温以上であることが要求され、圧縮機75から室内熱交換器33までの温度低下を考慮すると、25℃以上であることが望ましい。
本実施例では、除霜の禁止期間を短くし、室外熱交換器73に付着する着霜の量を制限して圧縮機75に蓄えられた熱量および電磁誘導加熱器77で加熱された熱量で除霜を終了することにより、除霜の所要時間を短縮でき、暖房に復帰した後の暖房能力の回復を早くすることができる、と言う発想の下に成されたものである。
ここで、鋼鉄製の外殻を持つ圧縮機75、電磁誘導加熱器77、四方弁72、室内熱交換器33、減圧装置74、アルミニウム製のフィンを持つ室外熱交換器73を備え、外気温0℃以上のときの除霜禁止期間を次の式(1)の数値以下とする。最長除霜禁止期間(分)=8×圧縮機の質量(kg)÷室外熱交換器の吸熱量(kW) … (1)
これにより、高温の圧縮機に蓄えられている70℃〜25℃の熱量を室外熱交換器73の除霜に使用し、室内から熱を奪わないようにできる。例えば、暖房能力6.7kWクラスの空気調和機では、圧縮機75の質量は12kg程度である。そのため、利用できる蓄熱量Qは、大略、12(質量)×0.435(比熱:概算のためすべて鋼鉄でできていると仮定する)×(70−25)=235kJである。
しかしこのとき、室外熱交換器73の温度は−5℃程度になっているため、着霜と室外熱交換器73が0℃まで上昇するのに必要な熱量も加えてやる必要がある。その熱量はおよそ蓄熱量Qの1割と見て差し支えないので、着霜の融解に使用できる熱量は235−24=211kJとなる。
一方、このクラスの空気調和機の室外送風装置63の風量は12.5m3/min程度であり、外気温が5℃/4℃(DB/WB)付近の着霜量の多い運転では、室外熱交換器73の吸熱量は4.0kWと見積もられる。その時の室外熱交換器73の平均温度は−4℃位で、顕熱比は0.65、着霜量は1.9kg/hとなる。この着霜の融解に必要な熱量は634kJとなる。これより、除霜禁止期間を(235−24)÷634=0.33時間=20分以内にすれば、圧縮機75の蓄熱および電磁誘導加熱器77の熱量だけで室外熱交換器73の除霜ができることになる。
ここで、空気熱源ヒートポンプ空気調和機の暖房能力測定条件はISO規格で外気の状態を7℃/6℃(DB/WB)でとしているので、この条件では除霜運転に入らないように設計することにより、外気温度が5℃より高くなると室外熱交換器73の温度が上がり、ほとんど着霜しなくなる。他方、外気温度が5℃より下がると外気の絶対湿度が下がってくるため、着霜量が少なくなってくる。このため、計算例では着霜量が一番多くなる外気温度5℃付近を例に取った。
また、室外送風装置63の送風量を12.5m3/min程度としたが、風量が変わって、室外熱交換器73の温度が変化しても、この温度付近の飽和水蒸気線の傾きは、図3に示すように前述の顕熱比の値とほぼ同じであるので、変化した後の顕熱比も0.65となる。従って、着霜量も変わらず、1.9kg/hとなる。つまり、吸熱量が一定であれば(暖房能力が一定であれば)、この温度付近での暖房運転では、着霜量が一定となる。
このように、圧縮機75の質量と暖房能力が判れば、圧縮機75の蓄熱量および電磁誘導加熱器77の熱量だけで除霜できる着霜量に達するまでの大略の暖房運転時間を求め、この運転時間より短い時間を除霜禁止期間とする。更に、室外熱交換器73を上下に複数の冷媒回路に分割し、除霜・暖房運転時に分割した少なくとも1以上の冷媒回路を蒸発器として作用させる。
これにより、除霜・暖房運転時も蒸発器として作用している室外熱交換器73の一部からの吸熱量と圧縮機75の電気入力分および電磁誘導加熱器77が室内の暖房に寄与することができ、室内機2の暖房能力の低下を抑制して、室内の温度低下を抑えることができる。このため、室内の快適感が失われるのを防止できる。
また、除霜禁止期間を20分〜5分とする。これにより、ほぼ全ての暖房能力クラスで、室外熱交換器73の着霜の量が制限され、圧縮機75の蓄熱および電磁誘導加熱器77の熱量だけで除霜・暖房運転時の除霜熱量を賄うことができる。このため、室内の快適感が失われるのを防止できる。
また、外気温の低下に伴い、圧縮機75の吐出温度を高温側にシフトして制御すると共に、除霜禁止期間を短縮する。これにより、圧縮機75の蓄熱量が増加すると共に、除霜・暖房運転時間が短縮され、暖房運転に復帰した時の圧縮機75の吐出温度の回復が早くなって、暖房能力の落ち込み時間が短くなる。このため、低外気温でも除霜・暖房運転時の室温変化が抑制される。
また、除霜・暖房運転時は暖房運転時よりも室外ファン631の回転数を低下させ、更に、外気温度が所定値より低い場合は除霜運転時に室外送風機の運転を停止する。このように、除霜・暖房運転時に室外ファン631の回転数を低下させることにより、除霜・暖房運転時に融解水やフィン、パイプから、室外ファン631による強制対流で外気に奪い去られる熱量が減少し、霜の融解が効率よく進む。また、外気の温度が更に低くなり、外気への放熱量が増加した場合は室外ファン631の運転を停止する。これにより、室外ファン631による強制対流で外気に奪い去られる熱量の大部分が霜の融解に有効に使用され、室外熱交換器73の除霜が効率よく進む。このため、除霜・暖房運転時間を短縮でき、また、低外気温の時でも除霜・暖房運転で残霜を生じることはない。
また、除霜運転を最長除霜運転時間に達するまで行っても室外熱交換器73の温度が所定値に達しない場合に四方弁72を切換えて逆サイクル除霜運転を行う。これにより、暖房サイクルでのホットガスバイパス除霜で融解し切れなかった室外熱交換器73の冷媒回路出口(冷房時の室外熱交換器入口)付近の残霜も、逆サイクル除霜運転を行うことにより、圧縮機75からの高温冷媒で融解させることができる。
このように、設置条件や、気象条件の悪化で通常の除霜・暖房運転では残霜が発生する場合でも、残霜無しの完全な除霜運転を行うことができる。このため、室内の暖房ができる設置条件や気象条件の範囲を広くすることができる。
次に、本実施例による暖房の立上がり特性について、図8を参照しながら説明する。図8は図1の空気調和機の暖房の立上り運転時の室温変化を示す特性図である。ここでは、寒い朝を想定し、室温、外気温が共に−5℃の状態からスタートさせた。図8の特性に示すように、本実施例による暖房運転と除霜・暖房運転とによる方式では除霜の運転時間が約2分と短く、また、除霜・暖房運転中も室外熱交換器の一部は蒸発器として作用して室内の暖房をしているため、室内温度の低下も約3℃程度に抑えられ、快適性が確保して暖房が継続される。また、室内温度の20℃までの到達時間は80分と短い。
1…空気調和機、2…室内機、5…リモコン、6…室外機、8…接続配管、10…制御装置、33…室内熱交換器、72…四方弁、73…室外熱交換器、74…減圧装置、75…圧縮機、76…アキュムレータ、77…電磁誘導加熱器、311…室内ファン、313…室内送風モーター、631…室外ファン、633…室外送風モーター、
710…吸込配管、711…吐出配管、712…利用側ガス管、713…液管、714…熱源側ガス管、715…ホットガスバイパス管、713a…上側ホットパイプ(ホットパイプ)、713b…下側ホットパイプ(ホットパイプ)、713c…ホットパイプ、713d…上側主回路開閉弁(主回路開閉機構)、713e…下側主回路開閉弁(主回路開閉機構)、
715a…上側バイパス開閉弁(バイパス開閉弁)、715b…下側バイパス開閉弁(バイパス開閉弁)、716a…上側バイパス管、716b…下側バイパス管、731…上側熱交換器、731a…第1上側冷媒回路、731b…第2上側冷媒回路、731c…第3上側冷媒回路、732…下側熱交換器、732a…第1下側冷媒回路、732b…第2下側冷媒回路、735a…上側熱交換器内配管、735b…下側熱交換器内配管、
811a…冷媒温検知センサー、811b…冷媒温検知センサー、812…冷媒温検知センサー
710…吸込配管、711…吐出配管、712…利用側ガス管、713…液管、714…熱源側ガス管、715…ホットガスバイパス管、713a…上側ホットパイプ(ホットパイプ)、713b…下側ホットパイプ(ホットパイプ)、713c…ホットパイプ、713d…上側主回路開閉弁(主回路開閉機構)、713e…下側主回路開閉弁(主回路開閉機構)、
715a…上側バイパス開閉弁(バイパス開閉弁)、715b…下側バイパス開閉弁(バイパス開閉弁)、716a…上側バイパス管、716b…下側バイパス管、731…上側熱交換器、731a…第1上側冷媒回路、731b…第2上側冷媒回路、731c…第3上側冷媒回路、732…下側熱交換器、732a…第1下側冷媒回路、732b…第2下側冷媒回路、735a…上側熱交換器内配管、735b…下側熱交換器内配管、
811a…冷媒温検知センサー、811b…冷媒温検知センサー、812…冷媒温検知センサー
Claims (4)
- 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して冷凍サイクルを構成し、前記室外熱交換器を上側に位置する上側熱交換器と下側に位置する下側熱交換器との2つに分けてそれぞれを並列に接続すると共に、前記上側熱交換器の冷媒回路と前記下側熱交換器の冷媒回路のそれぞれの暖房運転時入口側に主回路開閉機構を設け、前記圧縮機の吐出側から前記上側熱交換器の冷媒回路の暖房運転時入口側と前記下側熱交換器の冷媒回路の暖房運転時入口側のそれぞれに連結するホットガスバイパス回路を設けると共に、それぞれのホットガスバイパス回路にバイパス開閉弁を設け、冷房運転、暖房運転、および暖房と除霜を同時に行う暖房・除霜運転を含む運転を制御する制御装置を備えた空気調和機において、
前記上側熱交換器のうち前記下側熱交換器と近接する位置、および前記下側熱交換器のうち地面と近接する位置には、暖房・除霜運転時に前記室内熱交換器で熱交換された冷媒を前記減圧装置に向かって流す冷媒配管であるホットパイプがそれぞれ組み込まれ、
前記制御装置は、前記暖房・除霜運転を行う場合に、前記主回路開閉機構及び前記バイパス開閉弁を開閉操作して、前記上側熱交換器を除霜しつつ前記下側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転をした後に、前記下側熱交換器を除霜しつつ前記上側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転をし、この除霜・暖房運転の終了後に暖房運転に復帰するように制御することを特徴とする空気調和機。 - 請求項1において、
前記上側熱交換器の内部に設けられた上側熱交換器内配管のうち前記下側熱交換器と近接する位置にある上側熱交換器内配管は前記ホットパイプの一部を構成することを特徴とする空気調和機。 - 請求項1または2において、
前記下側熱交換器の内部に設けられた下側熱交換器内配管のうち前記地面と近接する位置にある下側熱交換器内配管は前記ホットパイプの一部を構成することを特徴とする空気調和機。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記圧縮機の吐出口と前記四方弁の間に電磁誘導加熱器を設け、この電磁誘導加熱器により冷媒を加熱しつつ、前記制御装置は前記上側熱交換器を除霜しつつ前記下側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転の時間よりも前記下側熱交換器を除霜しつつ前記上側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転の時間を長くすることを特徴とする空気調和機。
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-
2009
- 2009-09-30 JP JP2009227133A patent/JP2011075207A/ja not_active Withdrawn
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