JP2014145546A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、除霜中の暖房能力の低下が少なく、室内の快適性を確保することができる空気調和機を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の空気調和機は、室内機と、室内機と接続された少なくとも２つの室外機と、を備え、一方の室外機が除霜運転中の場合、他方の室外機と室内機とにより暖房運転を行う。一方の室外機が除霜運転中の場合、他方の室外機と室内機とにより暖房運転を行うので、除霜運転中も暖房運転を実施することができ、室内の快適性を確保することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は暖房運転が可能な空気調和機に関する。

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、これを補おうとする如く室外熱交換器内を流れる冷媒の蒸発温度が下がる。

冷媒の蒸発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して暖房能力も減少し、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。この除霜時に、室内の快適性をできるだけ維持するように種々の工夫が凝らされている。従来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。このとき、室内機は暖房を停止するので、室温が下がり、使用者に一時的ではあるが不快感を与えることは避けられない。

逆サイクル除霜方式における使用者の不快感を少しでも和らげようと、除霜中も暖房を継続する技術が提案されている。この種の従来技術として、特許４２７２２２４、特開２０１０−２５５９２１、特開２００８−１５７５５７が知られている。

特許文献１では空気調和機は圧縮機の吐出側から室外熱交換器にホットガスを流すバイパス回路を設けている。室外熱交換器は、その冷媒回路を上下に２つに分けて、下側熱交換器とこの下側熱交換器より大きい上側熱交換器とを構成している。制御装置は、主回路開閉機構及びバイパス開閉弁を逆に開閉して、上側熱交換器を除霜しつつ下側熱交換器で暖房する除霜・暖房運転をした後に、下側熱交換器を除霜しつつ上側熱交換器で暖房する。これにより、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ができる。

特許文献２では、室外熱交換器内に複数の冷媒回路からなる冷媒回路群を上下方向に沿って複数備えており、複数の冷媒回路は、冷媒回路群ごとに並列に配管で接続され、暖房運転時に室外熱交換器の除霜を行うときは、複数の冷媒回路群のうちの少なくとも一つの冷媒回路群はホットガスが供給されて除霜を行い、残りの冷媒回路群は減圧器を介して減圧された冷媒が供給されて暖房運転を継続する。これにより、暖房運転を継続しながら除霜を行う場合に、除霜時間を短縮することができる。

特許文献３では、コントローラにより、デフロスト要求のあった室外ユニットのみの第１四路切換弁を切り換え、デフロスト要求のあった室外ユニットの室外熱交換器と圧縮機の吐出側とを連通してデフロスト運転を実行する。これにより、暖房運転中であっても、デフロスト要求のあった室外熱交換器に対してデフロスト運転を実行できるようにする。

特許４２７２２２４号公報 特開２０１０−２５５９２１号公報 特開２００８−１５７５５７号公報

特許文献１、２では暖房用の吸熱熱交換器の大きさが約半分になるので除霜中の暖房能力の減小が大きく、室温が下がってしまう。特許文献３では通常１個で間に合う四路切換弁を室外機に２個備える他、通常２箇所である室外機の冷媒配管口が４箇所になり、更に、冷媒の分岐、合流ユニットが必要になるなど通常の室外機よりも割高な構造になっている。

本発明は、除霜中の暖房能力の低下が少なく、室内の快適性を確保することができる空気調和機を提供することを課題とする。

本発明の空気調和機は、室内機と、室内機と接続された少なくとも２つの室外機と、を備え、一方の室外機が除霜運転中の場合、他方の室外機と室内機とにより暖房運転を行う。

一方の室外機が除霜運転中の場合、他方の室外機と室内機とにより暖房運転を行うので、除霜運転中も暖房運転を実施することができ、室内の快適性を確保することができる。

冷凍サイクル図。 暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。 冷房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。 一方の室外機が除霜に入った時の暖房・除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。 従来の形態の冷凍サイクル図。 従来の形態における暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。 従来の形態における冷房運転時及び除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。 従来の別の形態の冷凍サイクル図。 従来の別の形態における暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。 従来の別の形態における暖房・上段熱交換器除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。 従来の別の形態における暖房・下段熱交換器除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図。

本実施例の空気調和機は、室内機と、室内機と接続された少なくとも２つの室外機と、を備え、一方の室外機が除霜運転中の場合、他方の室外機と室内機とにより暖房運転を行う。一方の室外機が除霜運転中の場合、他方の室外機と室内機とにより暖房運転を行うので、除霜運転中も暖房運転を実施することができ、室内の快適性を確保することができる。

また、本実施例の空気調和機は、さらに、一方の前記室外機及び他方の前記室外機と前記室内機とをそれぞれ接続する往管及び還管と、往管及び前記還管にそれぞれ配置された往管開閉弁及び還管開閉弁と、往管開閉弁及び還管開閉弁よりも室外機側の往管及び還管を接続して室内機をバイパスするバイパス回路と、バイパス回路に配置された除霜開閉弁と、を備える。そして、一方の室外機が除霜運転をする場合、一方の室外機の往管開閉弁及び還管開閉弁を閉じるとともに、一方の室外機の除霜開閉弁を開く。このような構成により、一方の室外機が除霜運転中でも、他方の室外機及び室内機により暖房運転を行うことができるので、室内の快適性を確保することができる。

従来の一般的なヒートポンプ式空気調和機について図５〜図７を用いて説明する。図５は従来の形態の冷凍サイクル図である。図６は従来の形態における暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。図７は従来の形態における冷房運転時及び除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。

図５〜図７において、１は空気調和機、２は室内機、６は室外機、３３は室内熱交換器、７２は冷媒流路切換弁、７３は室外熱交換器、７４は冷暖房絞り装置、７５は圧縮機、７８は配管接続部である。

図５のような従来の一般的なヒートポンプ式空気調和機を暖房運転すると、図６のように圧縮された高温ガスが圧縮機７５から吐出され、冷媒流路切換弁７２で流路を切り換えられて室内機２に向かい、室内熱交換器３３で放熱し室内を暖房する。放熱し温度が低くなって液化した冷媒は室外機６に戻り、冷暖房絞り装置７４で減圧され低温になって室外熱交換器７３で外気から吸熱し気化して圧縮機７５に戻る。

このように、冷媒を循環させることで、外気から熱を汲み上げ、室内を暖房する。前述したように、室外熱交換器７３で低温の冷媒に熱を吸収させるので、外気の条件によっては室外熱交換器７３に着霜が生じる。着霜が生じると熱の流れが妨げられ、室外熱交換器７３での冷媒の気化が進まなくなり、圧縮機７５に吸入される冷媒の量が減じ、冷媒の圧力が下がり、冷媒が更に低温になる。

この状態が続くと、圧縮機７５から吐出される冷媒の量が少なくなって室内熱交換器３３で室内に放熱する熱量も少なくなって、暖房能力が減少する。これを放置すると、室外熱交換器７３の着霜が進み、益々、暖房能力が低下し、室内を暖房できなくなる。この状態から暖房能力を回復させるため、除霜運転を行う。

除霜運転では、流路切換弁７２を図７のように切り換えて、圧縮機７５から吐出された高温の冷媒を室外熱交換器７３に流し、冷媒の持っている熱で室外熱交換器７３を暖め、着霜を融解する。この間、室内熱交換器３３には低温の冷媒が流れるので、室内機２の送風ファンを停止するなどして、室内に冷たい風が吹出さないようにし、在室者が不快に感じないようにする必要がある。

しかし、このような冷凍サイクルの構成のヒートポンプ式空気調和機では、除霜運転中は暖房が停止するため、その間、暖房が冷房に変じ、室温が変動するのはやむを得ず、改良が望まれている。但し、この冷凍サイクルの構成は単純で低コストで実現できるので、ヒートポンプ式空気調和機の大半はこの構成を採用している。

除霜運転中の暖房能力の低下を小さくするものとして、特許文献１、２の空気調和機がある。
これについて図８〜図１１を用いて説明する。図８は従来の別の形態の冷凍サイクル図である。図９は従来の別の形態における暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。図１０は従来の別の形態における暖房・上段熱交換器除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。図１１は従来の別の形態における暖房・下段熱交換器除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。

図８〜図１１において、７３Uは室外熱交換器を上下に分割した上側の熱交換器であり、７３Ｌは室外熱交換器を上下に分割した下側の熱交換器である。９２Ｕ、９２Ｌは液開閉弁、９４Ｕ、９４Ｌは除霜開閉弁であり、末尾のＵ、ＬのＵは上側熱交換器73Ｕ用、Ｌは下側熱交換器73Ｌ用を表す。

図８のように冷凍サイクルを構成し、これを暖房運転する時には図９のように液開閉弁９２U、９２Lを開にし、除霜弁９４U、９４Lは閉にして、周知の暖房運転を行う。

除霜するときは図１０のように、まず、液開閉弁９２Ｕを閉にし、除霜開閉弁９４Ｕを開にして、圧縮機７５からの高温の冷媒ガスを上側の室外熱交換器７３Uに流し、上側の室外熱交換器７３Uの着霜を融解する。このとき、液開閉弁９２Ｌが開、除霜開閉弁９４Ｌが閉になっているので、下側の室外熱交換器７３Ｌには低温の冷媒が流れ外気から吸熱し、室内熱交換器３３で放熱することで暖房が継続する。

次に、図１１のように、液開閉弁９２Ｕを開、除霜開閉弁９４Ｕを閉、液開閉弁９２Ｌを閉、除霜開閉弁９４Ｌを開にして、圧縮機７５からの高温の冷媒ガスを下側の室外熱交換器７３Uに流し、下側の室外熱交換器７３Ｌの着霜を融解する。このとき、液開閉弁９２Ｕが開、除霜開閉弁９４Ｕが閉になっているので、上側の室外熱交換器７３Ｕには低温の冷媒が流れ外気から吸熱し、室内熱交換器３３で放熱することで暖房が継続する。このように、室内機２は除霜中も暖房が継続し、室温の変化を少なくすることができる。

しかし、このような冷凍サイクルの構成では、図５のような一般的なヒートポンプ式の空気調和機の室外熱交換器７３よりも大きい熱交換器を上下に２分割し、更に、液開閉弁９２Ｕ、９２Ｌ及び除霜開閉弁９４Ｕ、９４Ｌを追加しなければならず、図５のような一般的なヒートポンプ式の空気調和機よりもかなり部品のコストや経費が掛かり、販売上不利になっていた。

本発明は係る点を改善するためになされたものであり、低コストで除霜運転時の暖房能力の低下を僅少にする空気調和機を提供するものである。

以下、実施の形態の空気調和機について図１〜図４を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の冷凍サイクル図である。図２は本発明の実施の形態における暖房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。図３は本発明の実施の形態における冷房運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。図４は本発明の実施の形態における一方の室外機が除霜に入った時の暖房・除霜運転時の冷媒の流れを示す冷凍サイクル図である。

図１〜図４において、９１は結合ユニット、９２ａ，９２ｂは液開閉弁、９３ａ，９３ｂはガス開閉弁、９４ａ，９４ｂは除霜開閉弁である。

実施の形態の空気調和機は図５のような従来の一般的なヒートポンプ式空気調和機の室外機２台（室外機Ａ、室外機Ｂ）と室内機１台を結合ユニット９１を介して図１のように結合したものである。図１〜図４において、従来と同一の部分を表すものの名称は同一にし、同一の番号にし、室外機Ａ用のものには末尾に「ａ」を付加し、室外機Ｂ用のものには末尾に「ｂ」を付加して説明を省略した。

９１は結合ユニット、９２ａ，９２ｂは液開閉弁、９３ａ，９３ｂはガス開閉弁、９４ａ，９４ｂは除霜開閉弁である。

先ず、暖房運転について図２を用いて説明する。

このヒートポンプ式空気調和機１を暖房運転するときには、図２の如く、冷媒流路切換弁７２ａ、７２ｂを暖房側にし、結合ユニット９１の液開閉弁９２ａ、９２ｂ及びガス開閉弁９３ａ、９３ｂを開にし、除霜開閉弁９４ａ、９４ｂを閉にする。次に、圧縮機９５ａ、９５ｂを適切な回転数で運転し、高温の冷媒を圧縮機７５ａ、７５ｂから吐出し、流路切換弁７２ａ、７２ｂで結合ユニット９１に誘導する。

結合ユニット９１に入った冷媒は、ガス開閉弁９３ａ、９３ｂを通過して合流し、結合ユニット９１を出て室内機２に向かう。室内機に入った冷媒は室内熱交換器３３で放熱し、室内を暖房する。放熱して温度の下がった冷媒は結合ユニット９１に戻り、分流して液開閉弁９２ａ、９２ｂを通って結合ユニット９１を出て室外機６ａ、６ｂに向かう。このとき、除霜開閉弁９４ａ、９４ｂは閉じているので、ここを通って室内熱交換器３３をバイパスして流れる冷媒は無く、室内を無駄なく暖房する。

室外機６ａ、６ｂに戻った冷媒は冷暖房絞り装置７４ａ、７４ｂで減圧され、低温になって室外熱交換器７３ａ、７３ｂに入り、外気から吸熱し、冷媒流路切換弁７２ａ、７２ｂを通って圧縮機７５ａ、７５ｂに戻る。このサイクルを繰り返すことで室内は快適に暖房される。このとき、暖房負荷に応じて、圧縮機７５ａ、７５ｂの回転数を変化させたり、片方の室外機６を停止させたりして、節電を図ることができる。

また、強力な暖房が求められる暖房の立上りのときなどには、室外機６ａ、６ｂの合算能力を室内機２の能力以上に引き上げて、短時間で室内を暖めたりするような使い方もでき、在室者の暖房要求をいち早く満たすことができる。

次に、冷房運転について図３を用いて説明する。

このヒートポンプ式空気調和機１を冷房運転するときには、図３の如く、冷媒流路切換弁７２ａ、７２ｂを冷房側にし、結合ユニット９１の液開閉弁９２ａ、９２ｂ及びガス開閉弁９３ａ、９３ｂを開にし、除霜開閉弁９４ａ、９４ｂを閉にする。次に、圧縮機９５ａ、９５ｂを適切な回転数で運転し、高温の冷媒を圧縮機７５ａ、７５ｂから吐出し、流路切換弁７２ａ、７２ｂで室外熱交換器７３ａ、７３ｂに誘導する。

室外熱交換器７３ａ、７３ｂに入った冷媒は持っている熱を外気に放出する。放熱して温度の下がった冷媒は冷暖房絞り装置７４ａ、７４ｂで減圧され、低温となって結合ユニット９１に向かう。結合ユニット９１に入った冷媒は、液開閉弁９２ａ、９２ｂを通過して合流し、結合ユニット９１を出て室内機２に向かう。室内機に入った冷媒は室内熱交換器３３で室内空気から吸熱し、室内を冷房する。

吸熱してガス化した冷媒は結合ユニット９１に戻り、分流してガス開閉弁９３ａ、９３ｂを通って結合ユニット９１を出て室外機６ａ、６ｂに向かう。このとき、除霜開閉弁９４ａ、９４ｂは閉じているので、ここを通って室内熱交換器３３をバイパスして流れる冷媒は無く、室内を無駄なく冷房する。

室外機６ａ、６ｂに戻った冷媒は冷媒流路切換弁７２ａ、７２ｂを通って圧縮機７５ａ、７５ｂに戻る。このサイクルを繰り返すことで室内は快適に冷房される。このとき、冷房負荷に応じて、圧縮機７５ａ、７５ｂの回転数を変化させたり、片方の室外機６を停止させたりして、節電を図ることができる。

また、強力な冷房が求められる冷房の立上りのときなどには、室外機６ａ、６ｂの合算能力を室内機２の能力以上に引き上げて、短時間で室内を急速に冷やしたりするような使い方もでき、在室者の冷房要求をいち早く満属させることができる。

次に、除霜運転について図４を用いて説明する。

図２の暖房運転を長時間続けると室外熱交換器７３ａ、７３ｂに着霜が生じることは従来と同様である。このとき除霜運転が必要になる。例えば、室外機６ｂから除霜要求が出された場合について説明する。除霜運転では図４のように除霜要求が出された室外機６ｂの冷媒流路切換弁７２ｂを冷房側に切換え、冷暖房絞り装置７４ｂを全開にし、結合ユニット９１の液開閉弁９２ｂ、ガス開閉弁９３ｂを閉にし、除霜開閉弁９４ｂを開にする。

このようにすることで、圧縮機７５ｂから吐出された高温の冷媒が冷媒流路切換弁７２ｂから直接室外熱交換器７３ｂに流入し、室外熱交換器７３ｂの着霜を融解する。このとき、結合ユニット９１の除霜開閉弁９４ｂで室内熱交換器３３をバイパスする冷媒回路になり、室内から熱を持ち去ることも無い。

更に、結合ユニット９１の液開閉弁９２ａ、ガス開閉弁９３ａは開、除霜開閉弁９４ａは閉に維持されているので、室外機６ａと室内機２は結合ユニット９１を介した冷媒回路で引き続き暖房運転ができる。このとき、室外機６ａと室内機２は図５に示す従来の一般的なヒートポンプ式空気調和機として暖房能力を発揮できるので、室内機２の暖房能力は室内の暖房負荷に見合ったものとなり、暖房能力が不足することは無い。

室外機６ｂの除霜運転が終わると、室外機６ｂは暖房運転に復帰し、室外機６ａと協働して室内を暖房する。このとき、室外機６ａから除霜要求が出されている場合は室外機６ｂを高能力で運転させて、早急に暖房復帰させ、替わって室外機６ａの除霜運転に入る。このような制御は結合ユニット９１に備えた制御回路（図示せず）で行うことで、従来の一般的なヒートポンプ式空気調和機の室内機２、室外機６をそっくり流用することができる。

このため、販売台数が多く、製造コストが安い、従来の一般的なヒートポンプ式空気調和機の室内機２、室外機６と結合ユニット９１で除霜時も十分な暖房能力を発揮できるヒートポンプ式空気調和機を提供することができる。

このように、実施例のヒートポンプ式空気調和機は、室内機１台に対し室外機２台をつなぐ結合ユニットを備え、一方の室外機が除霜運転中でも、室内機と他方の室外機との間で暖房運転が可能である。

これにより、暖房運転で室外機に着霜が生じ、１台の室外機が除霜運転に入ったとき、室内機は他の室外機との間で暖房運転を継続する。

このため、除霜運転中も暖房運転ができるヒートポンプ式空気調和機を提供することができる。

また、実施例のヒートポンプ式空気調和機は、前記結合ユニットに各室外機からの往管と還管に開閉弁を設け、該開閉弁より該室外機側の該往管と該還管の間に除霜運転時に室内機をバイパスする除霜開閉弁を設ける。

これにより、一方の室外機が除霜運転中に他方の室外機と室内機で暖房運転が可能になり、除霜中の暖房中断がない。

このため、除霜中も室内の快適性が維持できるヒートポンプ式空気調和機を提供することができる。

また、実施例のヒートポンプ式空気調和機は、前記結合ユニットに除霜要求のあった室外機に除霜許可を出力したときに、該室外機用の開閉弁を閉にし、該室外機用の除霜開閉弁を開にする制御装置を該結合ユニットに備える。

これにより、一般的なヒートポンプ式空気調和機の室内機１台と、室外機２台を使用して、一方の室外機が除霜中でも、他方の室外機で十分な暖房能力で暖房運転が継続できる。

このため、除霜中も十分な暖房能力を発揮できるヒートポンプ式空気調和機を提供することができる。

１…空気調和機、２…室内機、６…室外機、６ａ…室外機Ａ、６ｂ…室外機Ｂ、３３…室内熱交換器、７２…冷媒流路切換弁、７２ａ，７２ｂ…冷媒流路切換弁、７３…室外熱交換器、７３ａ，７３ｂ…室外熱交換器、７３Ｕ，７３Ｌ…室外熱交換器、７４…冷暖房絞り装置、７４ａ，７４ｂ…冷暖房絞り装置、７５…圧縮機、７５ａ，７５ｂ…圧縮機、７８…配管接続部、９１…結合ユニット、９２ａ，９２ｂ…液開閉弁、９２Ｕ，９２Ｌ…液開閉弁、９３ａ，９３ｂ…ガス開閉弁、９４ａ，９４ｂ…除霜開閉弁、９４Ｕ，９４Ｌ…除霜開閉弁

Claims (3)

1. 室内機と、前記室内機と接続された少なくとも２つの室外機と、を備え、
   前記室外機のうち一方の前記室外機が除霜運転中の場合、他方の前記室外機と前記室内機とにより暖房運転を行う空気調和機。
2. 請求項１において、
   一方の前記室外機及び他方の前記室外機と前記室内機とをそれぞれ接続する往管及び還管と、
   前記往管及び前記還管にそれぞれ配置された往管開閉弁及び還管開閉弁と、
   前記往管開閉弁及び前記還管開閉弁よりも前記室外機側の前記往管及び前記還管を接続して前記室内機をバイパスするバイパス回路と、
   前記バイパス回路に配置された除霜開閉弁と、
   を備えた空気調和機。
3. 請求項２において、一方の前記室外機が除霜運転をする場合、一方の前記室外機の前記往管開閉弁及び前記還管開閉弁を閉じるとともに、一方の前記室外機の除霜開閉弁を開く空気調和機。