JP2012117708A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】
冷房運転時、サブクール部で一定量の熱交換をする為、最適な過冷却を取ることが出来ない問題があった。また、暖房運転時、室外熱交換器の下部にあるサブクール部に低温の冷媒が流れる為、室外熱交換器に着霜の発生や、室外熱交換器の下部に結氷ができることでドレン水が流れないなどの問題があった。
【解決手段】
本発明は、上記問題を解決する為に、冷房運転時は、サブクール部に流れる冷媒量を調整することで最適な過冷却を取り、暖房運転時は、室外熱交換器の下部にあるサブクール部に室内機から流れてきた高圧冷媒を流すことで室外熱交換器の着霜や結氷を防止することを目的とするものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、冷房運転時には過冷却を行い、暖房運転時には着霜と結氷の防止を行なう冷凍サイクルを備えた空気調和機に関するものである。

冷房運転時、過冷却を取る方法として、図５に示すような２つの方法がある。一つ目の方法は、室外熱交換器内にある複数のパイプを流れた冷媒を一つにまとめ、まとめた冷媒を室外熱交換器の下部にある熱交換器に通過させる、所謂まとめパス（ＳＣパス）と呼ばれる方法がある。この方法では、室外熱交換器を通過した冷媒を室外熱交換器下部にあるサブクール部に通過させることで、室外熱交換器と同様に冷媒と外気を熱交換させ、過冷却を行なう。二つ目の方法は、室外熱交換器と図示していない室内機内または室内機と室外機の間にある冷凍サイクル用膨張弁の間に内部熱交換器を設け、内部熱交換器を通過した冷媒の一部を分流し、過冷却用膨張弁で絞った後に内部熱交換器の別の管を通過させることで冷媒同士の熱交換を行なうことで室内機へ流れる冷媒の過冷却を行なう。これらの方法で、過冷却を十分に行なうには、熱交換器を大きくする必要がある。熱交換器を大きくすると、室外機の筐体も大きくなる。しかし、室外機を大きくできないなどの理由により、熱交換器を大きくすることが困難であった。そこで、両方の方法を組み合わせることで、過冷却を十分に行ったものとして、特開２０１０−７１６１４号公報がある。

特開２０１０−７１６１４号公報

先行技術である特開２０１０−７１６１４号公報に開示されている空気調和機では、図６に示すように、室外熱交換器３の下部にある空気過冷却熱交換器１２と、過冷却熱交換器６を備え、室外熱交換器３、空気過冷却熱交換器１２、過冷却熱交換器６と順次接続されている。冷房運転時、室外熱交換器３で熱交換して冷却された冷媒は、空気過冷却熱交換器１２で外気温と一定量の熱交換をすることで過冷却され、さらに、過冷却熱交換器６で冷媒同士による適度な量の熱交換をすることでさらに過冷却されている。その為、空気過冷却熱交換器１２と過冷却熱交換器６により、十分に過冷却を取ることが出来た。しかし、冷房運転時に外気温が低い場合、空気過冷却熱交換器１２では、流れる冷媒は室外熱交換器と同様に全部の冷媒が熱交換される為、空気過冷却熱交換器１２で十分に過冷却される。それにより、過冷却熱交換器６で過冷却を行うと、冷媒を過剰に冷却する問題があった。先行技術は冷房運転しか記載がないが、先行技術の冷凍サイクルで仮に暖房運転を行った場合、空気過冷却熱交換器１２に低温の冷媒が流れる為、室外熱交換器３に着霜の発生や、室外熱交換器３の下部に結氷ができることでドレン水が流れないベース結氷や、室外熱交換器に氷が着く熱交結氷などの結氷が起こる問題があった。さらに、過冷却熱交換器６を通過させた冷媒は圧縮機に戻る為、主な冷凍サイクル内を流れる冷媒量が減少する問題もあった。

本発明は、冷房運転時に最適な過冷却を行う為に過冷却量を調整し、さらに暖房運転時は結氷を防止する為に室外熱交換器の空気過冷却熱交換器１２に高温の冷媒を流す空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本発明の空気調和機は、冷房運転時において、圧縮機で圧縮された冷媒を、四方弁を介して、室外熱交換器、冷房用膨張弁、室内熱交換器、と循環して圧縮機に戻す冷凍サイクルを備えた空気調和機である。本発明の空気調和気は、冷媒間熱交換器と、室外過冷却器を備えている。この冷媒間熱交換器は、過冷却用膨張弁を備え、前記室外熱交換器と前記冷房用膨張弁の間に配置され、前記室外熱交換器と前記冷房用膨張弁との間を流れる冷媒と、前記冷房用膨張弁へ向かう冷媒の一部を分流して前記過冷却用膨張弁で絞った冷媒とで熱交換する。また、室外過冷却器は、前記室外熱交換器の近傍で、前記冷房用膨張弁と前記過冷却用膨張弁との間に配置され、前記冷房用膨張弁と前記過冷却用膨張弁の間を流れる冷媒と外気とで熱交換する。

本発明の空気調和機により、暖房運転時は室外熱交換器の近傍に配置され熱的に接続されている過冷却熱交換器に高温の冷媒を流すことで着霜と結氷を防止することができ、冷房運転時は内部熱交換器と過冷却熱交換器に流れる冷媒量を調整することで最適な過冷却を取ることができる。また、冷房運転時、過冷却熱交換器で放熱した後、膨張弁で絞る為、少ない冷媒量で室内機に向かう冷媒を過冷却することが出来、主な冷凍サイクル内を流れる冷媒の減少を減らすことが出来る。

本発明における空気調和機の冷凍サイクル図である。 本発明における実施例１の空気調和機の冷凍サイクル図である。 本発明における実施例２の空気調和機の冷凍サイクル図である。 本発明における実施例３の空気調和機の冷凍サイクル図である。 従来発明における過冷却の冷凍サイクル図である。 従来発明における空気調和機の冷凍サイクル図である。

本発明は、室外熱交換器と室内熱交換器の間に内部熱交換器を設け、内部熱交換器と室内熱交換器の間に流れる冷媒の一部を分流させ室外熱交換器の下部にある過冷却熱交換器に流すことで、冷房運転時は室内機に向かう冷媒の過冷却を行い、さらに暖房運転時は室外熱交換器の着霜や結氷防止をすることができる。

以下、本発明の実施の形態における冷凍サイクルを用いた空気調和機について図１を基に説明する。

本実施形態における空気調和機は、図１に示すように、圧縮機１３、室外熱交換器３、冷媒間熱交換器６、室内熱交換器１７、四方弁１９などから構成される。本実施例の冷凍サイクルで過冷却を行う構成は、室外熱交換器３とディストリビュータ４と冷媒間熱交換器６と室外過冷却器１２と冷媒配管１１と開閉弁７と過冷却用膨張弁８とからなる。なお、冷媒間熱交換器６は先行技術に記載されている過冷却熱交換器６と同じものであり、室外過冷却器１２は先行技術に記載されている空気過冷却熱交換器１２と同じものである。以下に、各構成部品の説明をする。

圧縮機１３は、低温低圧のガス冷媒を圧縮して、高温高圧のガス冷媒にするものである。

室外熱交換器３は、室外機内に設けられ、室外熱交換器内３を流れる冷媒と外気の熱交換をする為のものである。冷房運転時は圧縮機１３から吐出した高温高圧の冷媒が外気に放熱し、暖房運転時は室内機から流れてきた低温低圧の冷媒が外気から吸熱する。さらに、室外熱交換器３の下部には、過冷却や結氷防止の為の室外過冷却器１２が設けられている。

室内熱交換器１７は、室内機内に設けられ、配管内を流れる冷媒と室内の空気が熱交換をする為のものである。冷房運転時は室外機から流れてきた低温低圧の冷媒で室内の空気を冷却し、暖房運転時は圧縮機１３から吐出した高温高圧の冷媒で室内の空気を加熱させている。これにより、室内の温度を調整している。

冷媒間熱交換器６は、冷媒を流す配管が二つ設けられ、各々配管に高温冷媒と低温冷媒を通すことで、高温冷媒から低温冷媒に熱を与えるものである。本実施の形態では、冷媒間熱交換器６は、室外熱交換器３と室内熱交換器１７との間にある暖房用膨張弁５と冷房用膨張弁１６の間を流れる冷媒と、冷媒間熱交換器６と接続される冷媒配管１１を流れる冷媒が各々配管に流れ、各々の冷媒の間で熱交換されるように配置されている。

四方弁１９は、圧縮機１３から吐出された冷媒を、冷房運転時は室外熱交器３に、暖房運転時は室内熱交換器１７に流れるように切り替えるためのものである。

ディストリビュータ４は、冷房運転時に室外熱交換器３を通過した複数本の冷媒配管に流れる冷媒を一つの冷媒配管にまとめたり、暖房運転時に一つの配管に流れる冷媒を複数本の冷媒配管に分配したりするものである。

室外過冷却器１２は、室外熱交換器３の下部に設置され、冷房運転時は高温冷媒を流すことで冷媒間熱交換器６に向かう冷媒の過冷却を行ない、暖房運転時は高温冷媒を流すことで室外熱交換器の着霜や結氷を防止するものである。

冷媒配管１１は、冷凍サイクルの主回路から取り出した冷媒を、室外過冷却器１２を経由して冷媒間熱交換器６に流すものである。また、室外過冷却器１２をバイパスする為のバイパス路１０を備え、そのバイパス路１０上に開閉弁７を備える。

また、本実施例の空気調和機では、外気温を検出する外気温センサー２や、冷媒間熱交換器６で室内熱交換器１７と接する側を流れる冷媒の温度を測定する高圧出口温度センサー９などが設置される。この外気温センサー２と高圧出口温度センサー９の値を基に、開閉弁７を開閉することで冷媒の流れを制御する。なお、空気調和機内にある電磁弁などは制御部１８によって制御されている。また、制御部１８はサーミスタなどで検出した信号を収集し、各部を制御している。

（実施例１）
本実施例の空気調和機において、外気温センサー２で検出した温度が高圧出口温度センサー９で検出した温度よりも低い時の冷房運転について、図２を基に説明する。

本実施例の空気調和機では、冷房運転時、圧縮機１３で圧縮された冷媒を、四方弁１９を介して、室外熱交換器３、冷房用膨張弁１６、室内熱交換器１７と流して、圧縮機１３に戻す冷凍サイクルを構成する。

上記冷凍サイクルの主回路で、冷媒間熱交換器６を通過した高温冷媒の一部を取り出し、冷媒配管１１に流す。取り出した冷媒を室外過冷却器１２に流す為に開閉弁７を閉じる。これにより、冷媒配管１１を流れる冷媒は室外過冷却器１２を流れ、外気と熱交換され、冷媒が冷却される。室外過冷却器１２を通過した冷媒は冷媒配管１１に戻り、過冷却用膨張弁８で絞られ、冷媒の圧力が下がる。圧力が下がった冷媒は、冷媒間熱交換器６を通過することで、冷凍サイクルの主回路を流れる冷媒と熱交換を行ない、主回路を流れる冷媒が過冷却される。これにより、過冷却された冷媒が室内熱交換器を流れる為、室内の冷房の効率が良くなる。

（実施例２）
本実施例の空気調和機において、外気温センサー２で検出した温度が高圧出口温度センサー９で検出した温度よりも高い時の冷房運転について、図３を基に説明する。

本実施例の空気調和機では、冷房運転時、圧縮機１３で圧縮された冷媒を、四方弁１９を介して、室外熱交換器３、冷房用膨張弁１６、室内熱交換器１７と流して、圧縮機１３に戻す冷凍サイクルを構成する。

上記冷凍サイクルの主回路で、冷媒間熱交換器６を通過した高温冷媒の一部を取り出し、冷媒配管１１に流す。取り出した冷媒を、室外過冷却器１２をバイパスさせる為に、開閉弁７を開ける。これにより、室外過冷却器１２をバイパスした冷媒は過冷却用膨張弁８で絞られて、圧力が下がる。圧力が下がった冷媒は、冷媒間熱交換器６を通過することで、冷凍サイクルの主回路を流れる冷媒と熱交換を行ない、主回路を流れる冷媒の過冷却を行なうことが出来る。なお、開閉弁７を開けることで、冷媒配管１１内を流れる冷媒の大半は開閉弁７を通過するが、一部の冷媒は室外過冷却器１２を通過する。室外過冷却器１２をバイパスすることで、室外過冷却器１２で冷媒間熱交換器６に向かう冷媒が温められる危惧を回避できる。

（実施例３）
本実施例の空気調和機において、外気温センサー２で検出した温度が所定の温度、本実施例では零度よりも低い時の暖房運転について、図４を基に説明する。

本実施例の空気調和機では、暖房運転時、圧縮機１３で圧縮された冷媒を、四方弁１９を介して、室内熱交換器１７、冷媒間熱交換器６、暖房用膨張弁５、室外熱交換器３と流して、圧縮機１３に戻す冷凍サイクルを構成する。

上記冷凍サイクルの主回路で、室内熱交換器１７を通過した高温冷媒の一部を取り出し、冷媒配管１１に流す。取り出した冷媒を室外過冷却器１２に流す為に、開閉弁７を閉じる。これにより、高温の冷媒が室外過冷却器１２を通過することで室外熱交換器３が温められる。それにより、室外熱交換器３の着霜や結氷防止などが出来る。また、室外過冷却器１２を通過した冷媒は冷媒配管１１に戻り、過冷却用膨張弁８で絞られ、冷媒の圧力が下がる。圧力が下がった冷媒は、冷媒間熱交換器６を通過することで、室外熱交換器３へ流れる冷媒を過冷却する。これにより、室外熱交換器３へ流れる冷媒は液状態となり、ディストリビュータ４で分配される際に、冷媒を均一に分配することができ、冷媒音を抑えることが出来る。

（実施例４）
本実施例の空気調和機において、外気温センサー２で検出した温度が所定の温度、本実施例では零度よりも高い時の暖房運転について説明する。

本実施例の空気調和機では、暖房運転時、圧縮機１３で圧縮された冷媒を、四方弁１９を介して、室内熱交換器１７、冷媒間熱交換器６、暖房用膨張弁５、室外熱交換器３と流して、圧縮機１３に戻す冷凍サイクルを構成する。

上記冷凍サイクルの主回路で、室内熱交換器１７を通過した高温冷媒の一部を取り出し、冷媒配管１１に流す。取り出した冷媒を、室外過冷却器１２をバイパスさせる為に、開閉弁７を開ける。開閉弁７を通過した冷媒は過冷却用膨張弁８で絞られ、冷媒の圧力が下がる。圧力が下がった冷媒は、冷媒間熱交換器６を通過することで、室外熱交換器３へ流れる冷媒を過冷却する。これにより、室外熱交換器３へ流れる冷媒は液状態となり、ディストリビュータ４で分配される際に、冷媒が均一に分配することができ、冷媒音を抑えることが出来る。

なお、実施例３、実施例４では所定の温度を零度としていたが、所定の温度は室外熱交換器が着霜や結氷する時の温度を設定したものである。よって、本発明は、所定の温度を零度に限定したものではなく、プラス５度やマイナス５度などに適宜設定を変更しても良い。

また、室外過冷却器１２と室外熱交換器は、本実施例の様に一体成型しても良く、本発明はこれに限定したものではなく、別部材で夫々を成形しても良い。

以上より、本発明の空気調和機では、冷房運転時は主回路に流れる冷媒の一部を分流させ室外過冷却器１２と冷媒間熱交換器６で熱交換することで最適な過冷却を行い、暖房運転時は室外過冷却器１２に高温の冷媒を通過させることで室外熱交換器３の着霜や結氷防止などを行なうことが出来る。

１ 室外機ファン
２ 外気温センサー
３ 室外熱交換器
４ ディストリビュータ
５ 暖房用膨張弁
６ 冷媒間熱交換器（過冷却熱交換器）
７ 開閉弁
８ 過冷却用膨張弁
９ 高圧出口温度センサー
１０ バイパス路
１１ 冷媒配管
１２ 室外過冷却器（空気過冷却熱交換器）
１３ 圧縮機
１４ 油分離器
１５ 受液器
１６ 冷房用膨張弁
１７ 室内熱交換器
１８ 制御部
１９ 四方弁

Claims (4)

1. 冷房運転時において、圧縮機で圧縮された冷媒を、四方弁を介して、室外熱交換器、冷房用膨張弁、室内熱交換器、と循環して圧縮機に戻す冷凍サイクルを備えた空気調和機であって、
   過冷却用膨張弁を備え、前記室外熱交換器と前記冷房用膨張弁の間に配置され、前記室外熱交換器と前記冷房用膨張弁との間を流れる冷媒と、前記冷房用膨張弁へ向かう冷媒の一部を分流して前記過冷却用膨張弁で絞った冷媒とで熱交換する冷媒間熱交換器と、
   前記室外熱交換器の近傍で、前記冷房用膨張弁と前記過冷却用膨張弁との間に配置され、前記冷房用膨張弁と前記過冷却用膨張弁の間を流れる冷媒と外気とで熱交換する室外過冷却器を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機であって、
   前記室外過冷却器をバイパスさせる為のバイパス路と、
   前記バイパス路上に備えられた開閉弁と、
   を備えたことを特徴とする空気調和機。
3. 請求項２に記載の空気調和機であって、
   外気温を検出する外気温センサーと、
   前記冷媒間熱交換器の前記室内熱交換器と接続される側を流れる冷媒の温度を検出する高圧出口温度センサーと、
   を備え、
   冷房運転時に、前記外気温センサーが検出した温度が、前記高圧出口温度センサーが検出した温度よりも高い場合、
   前記開閉弁を開け、
   前記外気温センサーが検出した温度が、前記高圧出口温度センサーが検出した温度よりも低い場合、
   前記開閉弁を閉じることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項２に記載の空気調和機であって、
   暖房運転時において、圧縮機で圧縮された冷媒を、四方弁を介して、室内熱交換器、暖房用膨張弁、室外熱交換器、と循環して圧縮機に戻し、
   前記暖房用膨張弁は、前記冷媒間熱交換器と前記室外熱交換器の間に配置され、
   前記室外過冷却器は、前記室外熱交換器と熱的に接続され、
   外気温を検出する外気温センサーと、
   前記冷媒間熱交換器の前記室内熱交換器と接続される側を流れる冷媒の温度を検出する高圧出口温度センサーと、
   を備え、
   暖房運転時に、前記外気温センサーが検出した温度が所定の温度よりも低い場合、
   前記開閉弁を閉じ、
   前記外気温センサーが検出した温度が所定の温度よりも高い場合、
   前記開閉弁を開けることを特徴とする空気調和機。
   

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