JP2014228205A - ヒートポンプ空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】アキュムレータからの液溢れによる圧縮機の液圧縮を防止したヒートポンプ空気調和機の提供。【解決手段】暖房運転起動時に作動する起動制御手段３０を備え、この起動制御手段により流路切替手段７を作動させて暖房運転起動時には室外熱交換器３からの冷媒冷の一部あるいは全部を蓄熱バイパス回路２６に流すことにより、暖房運転の起動時には受液容積がアップするとともに、蓄熱バイパス回路２６の蓄熱槽１０により液冷媒を加熱して気化させ液冷媒量も少なくなるので、アキュムレータ６からの液溢れを防ぎ、圧縮機の液圧縮を防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱槽を有するヒートポンプ空気調和機に関する。

一般にヒートポンプ空気調和機は、暖房運転時に室外熱交換器に着霜すると、暖房サイクルから冷房サイクルに四方弁を切り替えて除霜を行っている。この除霜方式では、室内ファンは停止するものの、室内機から冷気が徐々に放出されるため暖房感が失われるという欠点がある。

そこで、出願人は、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱槽を設け、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたヒートポンプ空気調和機を提案している（特許文献１）。

特開２０１２−０８７９４５号公報

しかしながら、ヒートポンプ空気調和機は、暖房運転時に室外熱交換器に除々に着霜してゆき、除霜が行われる直前に利用者がリモコンによりヒートポンプ空気調和機を停止した場合には、液接続管と室外熱交換器に液冷媒が多く分布している。この様な状態で利用者がリモコンにより再起動を行なった場合、液冷媒が短時間にアキュムレータに流れ込み溜まりこむため、アキュムレータから液が溢れ圧縮機に流れ込み、圧縮機は液圧縮することになる。

本発明は上記従来の課題を解決したもので、アキュムレータからの液溢れによる圧縮機の液圧縮を防止してヒートポンプ空気調和機の信頼性を向上することを目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、冷媒回路の室外熱交換器と四方弁との間に流路切替手段を設けて、室外熱交換器と圧縮機との間の流路を、前記室外熱交換器からの冷媒が前記四方弁を介してアキュムレータ、圧縮機へと流れる通常回路と、同前記室外熱交換器からの冷媒が蓄熱槽を介してアキュムレータ、圧縮機へと流れる蓄熱バイパス回路とに分岐し、かつ、前記流路切替手段を切替え制御する起動制御手段を設け、暖房運転起動時には前記流路切替手段により流路を切替えて前記室外熱交換器からの冷媒の一部あるいは全部を前記蓄熱バイパス回路に流す構成としてある。

これにより、暖房運転の起動時には冷媒の一部あるいは全部が蓄熱槽にバイパスするようになるので、受液容積がアップするとともに、蓄熱槽による液冷媒の加熱で冷媒を気化させ液冷媒の量を少なくするので、アキュムレータからの液溢れを防ぐことができる。したがって、液冷媒がアキュムレータから溢れ出て圧縮機が液圧縮を起こすことを防止できる。

本発明によれば、暖房運転の起動時に生じるアキュムレータからの液溢れによる圧縮機の液圧縮を防止でき、ヒートポンプ空気調和機の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ空気調和機の構成図 同ヒートポンプ空気調和機の動作を示す制御チャート図

第１の発明におけるヒートポンプ空気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、前記四方弁、アキュムレータ及び前記圧縮機と順次接続した冷媒回路と、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱槽を備えたヒートポンプ空気調和機であって、前記室外熱交換器と四方弁との間に流路切替手段を設けて、室外熱交換器と圧縮機との間の流路を、前記室外熱交換器からの冷媒が前記四方弁を介してアキュムレータ、圧縮機へと流れる通常回路と、同前記室外熱交換器からの冷媒が前記蓄熱槽を介してアキュムレータ、圧縮機へと流れる蓄熱バイパス回路とに分岐し、かつ、前記流路切替手段を切替え制御する起動制御手段を設け、暖房運転起動時には前記流路切替手段により流路を切替えて前記室外熱交換器からの冷媒の一部あるいは全部を前記蓄熱バイパス回路に流す構成としてある。

これにより、暖房運転の起動時には冷媒の一部あるいは全部を蓄熱槽にバイパスさせるので、受液容積がアップするとともに、蓄熱槽による液冷媒の加熱で冷媒を気化させ液冷媒量を少なくするので、アキュムレータからの液溢れを防ぐことができる。したがって、液冷媒がアキュムレータから溢れ出て圧縮機が液圧縮を起こすことを防止できる。

また第２の発明におけるヒートポンプ空気調和機は、上記第１の発明において、更に四方弁とアキュムレータの間に第２アキュムレータを設置した構成としてあり、これにより、第２アキュムレータ分だけ受液容量をさらに大きくできるので、より確実にアキュムレータからの液溢れを防ぎ、圧縮機が液圧縮を起こすことを防止できる。

第３の発明におけるヒートポンプ空気調和機は、上記第１、第２の発明において、起動制御手段は室外熱交換器入口の冷媒温度が所定温度以下の場合に流路切替手段を切替える構成としてあり、液冷媒が多いときの暖房運転起動時のみ流路切替手段を切替えて前記室外熱交換器からの冷媒の一部あるいは全部を前記蓄熱バイパス回路に流すので、流路切替手段による無用な流路切替を低減しつつ確実にアキュムレータからの液溢れによる圧縮機の液圧縮を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ空気調和機の構成図である。

本実施の形態１におけるヒートポンプ空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷房／暖房運転時の冷媒回路を切替える四方弁２、冷房時には凝縮器となり暖房時には蒸発器となって冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３、室外熱交換器３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン８、冷媒を減圧する絞り装置４、冷媒と室内空気の熱を交換し冷房時には蒸発器となり暖房時には凝縮器となる室内熱交換器５、室内熱交換器５内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン９、圧縮機１の吸い込み側に設置したアキュムレータ６とからなり、更にこの実施の形態では上記四方弁２とアキュムレータ６との間に第２アキュムレータ１３が追加設置してある。

また、上記圧縮機１の回りには圧縮機１からの熱を蓄熱するための蓄熱材１２と、蓄熱材１２に蓄えられた熱を取り出すため冷媒と熱交換する蓄熱熱交換器１１を内蔵した蓄熱槽１０が設置してある。

更に、前記室外熱交換器３と四方弁２との間に流路切替手段７を設置し、この流路切替手段７により、四方弁２、第２アキュムレータ１３を介してアキュムレータ６、圧縮機１に接続する通常回路２５と、蓄熱熱交換器１１、第２アキュムレータ１３を介してアキュムレータ６、圧縮機１に接続する蓄熱バイパス回路２６に分岐してある。

更にまた、このヒートポンプ空気調和機には、暖房運転時の起動を制御する起動制御手段３０が設けてあり、この起動制御手段３０はこの実施の形態では室外熱交換器３の入口配管温度を検知する配管温度センサ３１からの出力に基づいて暖房運転での圧縮機１の起動時に前記流路切替手段７を動作させて蓄熱バイパス回路２６の蓄熱槽１０に冷媒の一部あるいは全部を通すように構成してある。

なお、前記室外機２２は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、絞り装置４、アキュムレータ６、第２アキュムレータ１３、流路切替手段７、蓄熱槽１０、室外ファン８で構成し、室内機２１は室内熱交換器５、室内ファン９で構成し、室外機２２と室内機２１は液側接続管２３とガス側接続管２４で接続してある。

上記構成において、次にこのヒートポンプ空気調和機の動作を説明する。

先ず、冷房運転時の動作について説明する。圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り、流路切替手段７を通って室外熱交換器３に送られる。この時、起動制御手段３０は動作しない。そして、室外ファン８によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置４に送られる。絞り装置４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液接続管２３を通って、室内熱交換器５に送られる。

室内ファン９によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下して室内ファン９によって室内に吹き出され室内を冷房する。また、ガス冷媒は、ガス側接続管２４を通過して四方弁２に入り、さらに第２アキュムレータ１３を通って、アキュムレータ６を経て圧縮機１に戻る。

次に、暖房運転時の動作を説明する。まず、通常の動作（起動制御手段３０が動作しない場合）の動作を説明する。圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り、ガス接続管２４に送られる。室内ファン９によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン９によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管２３を通って絞り装置４に送られ、絞り装置４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて、室外ファン８により外気と熱交換を促進して蒸発気化し、通常回路２５に接続したままの流路切替手段７から四方弁２を経由して第２アキュムレータ１３、アキュムレータ６を通って圧縮機１へ戻される。

この時、液接続管２３は高圧の液冷媒となり、さらに冷媒は絞り装置４で減圧され二相冷媒なって室外熱交換器３に送られ、室外熱交換器３で蒸発気化するが、時間の経過とともに着霜が進行して室外熱交換器３の能力が低下するため、冷媒を全て気化することが困難となってくる。従って、着霜が進行し、除霜前には、液接続管２３と室外熱交換器３内
の冷媒は液の分布割合が高くなることになる。

このような状態で運転が停止され、比較的短時間に再度暖房運転が開始される、すなわち、冷媒の液分布割合が高い状態で運転が再開されると、この暖房運転の起動時に、起動制御手段３０が動作する。

上記起動制御手段３０が作動すると流路切替手段７が流路を蓄熱バイパス回路２６へと切替わる。この状態で、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り、ガス接続管２４に送られる。室内ファン９によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン９によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管２３を通って絞り装置４に送られ、絞り装置４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて、室外ファン８によって外気と熱交換を促進して二相冷媒の一部が蒸発気化する。

ここで、起動制御手段３０は前記した如く流路切替手段７を動作させて冷媒回路を前記通常時の通常回路２５から蓄熱バイパス回路２６に切替えている。したがって、前記室外熱交換器３を通った冷媒は、蓄熱バイパス回路２６へと流れ、蓄熱熱交換器１１の蓄熱材１２と熱交換し二相冷媒の一部がさらに気化して第２アキュムレータ１３、アキュムレータ６を経て、圧縮機１へ戻される。

このように、蓄熱熱交換器１１に室外熱交換器３を通った二相冷媒を通すようにしたことで、蓄熱熱交換器１１分だけ受液容積が増加するとともに、二相冷媒の気化量も蓄熱槽１０による液冷媒の加熱で冷媒を気化させるので多くなる。また、第２アキュムレータ１３によりさらに受液容積が増加することになる。

したがって、圧縮機１につながるアキュムレータ６からの冷媒の液溢れを防止することができ、圧縮機１は液冷媒を起こすことなく圧縮動作を継続することができる。

なお、上記説明では、前記流路切替手段７は冷媒の全部を通常回路から２５から蓄熱バイパス回路２６に切替えるようにしたもので説明しているが、これは冷媒の一部を蓄熱バイパス回路２６に切替えるようにしたものであっても良いものである。

次に前記起動制御手段３０の動作について図２の制御チャート図を用いて説明する。尚、図２では本発明の特長である暖房起動時の動作を中心に説明を行い、その他、詳細については割愛する。

ＳＴＥＰ１では利用者がリモコンにより暖房運転を開始する。

ＳＴＥＰ２では配管センサ３１により配管温度（Ｔ）を検知する。

ＳＴＥＰ３ではＳＴＥＰ２で検知した配管温度（Ｔ）が０℃未満であればＳＴＥＰ４に移り（この実施の形態における起動制御手段３０の動作条件）、配管温度（Ｔ）が０℃以上であればＳＴＥＰ５に移行する。

ＳＴＥＰ５では流路切替手段７は動作せず通常回路２５のままとなり、ＳＴＥＰ９に移行して起動制御を終了するとともに圧縮機１を起動する。

ＳＴＥＰ４では流路切替手段７は通常回路２５から蓄熱バイパス回路２６に切り替えを
行なって、圧縮機１を起動してＳＴＥＰ６に移行する。

ＳＴＥＰ６では圧縮機１起動後からの時間が１２０秒未満であれば、ＳＴＥＰ７に移行して蓄熱バイパス回路２６を維持する。圧縮機１起動後からの時間が１２０秒以上となればＳＴＥＰ８に移行する。

ＳＴＥＰ８では流路切替手段７は通常回路２５に切替えてＳＴＥＰ９に移行して起動制御を終了する。

この様にして、暖房運転の起動時には蓄熱槽１０に冷媒の一部あるいは全部を通す起動制御手段３０を備えたことにより、受液容積をアップさせるとともに、蓄熱バイパス回路２６中の蓄熱槽１０により液冷媒を加熱して冷媒を気化させ液冷媒の量を少なくすることにより、アキュムレータ６からの液溢れを防ぐことができる。

また、前記起動制御手段３０は室外熱交換器入口の冷媒温度が所定温度以下の場合に流路切替手段７を切替える構成としてあり、液冷媒が多いときの暖房運転起動時のみ流路切替手段７で流路を切替えて前記室外熱交換器３からの冷媒の一部あるいは全部を前記蓄熱バイパス回路２６に流すので、流路切替手段７による無用な流路切替を少なくしつつ確実にアキュムレータ６からの液溢れによる圧縮機１の液圧縮を防止することができる。

尚、上記実施の形態においては、流路切替手段７による蓄熱バイパス回路２６の切替えを、配管温度センサ３１による温度にて判断するようにしたものを例示して説明したが、これは暖房の連続運転積算時間としても良いし、暖房起動には必ず蓄熱バイパス回路２６に切り替えるようにしても良いものである。

本発明によれば、暖房運転の少なくとも液冷媒量が多くなっているときの起動時には、冷媒の一部あるいは全部を蓄熱バイパス回路に通すように切り替えて、受液容積アップさせ、同時に蓄熱バイパス回路の蓄熱槽による液冷媒の加熱によって冷媒を気化させ液冷媒量を少なくして、アキュムレータからの液溢れを防ぎ、この液溢れに起因する圧縮機の液圧縮を防止して信頼性の高いヒートポンプ空気調和機とすることができ、家庭用はもちろん業務用のヒートポンプ空気調和機として幅広く適用することができる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 絞り装置
５ 室内熱交換器
６ アキュムレータ
７ 流路切替手段
１０ 蓄熱槽
１１ 蓄熱熱交換器
１２ 蓄熱材
１３ 第２アキュムレータ
２５ 通常回路
２６ 蓄熱バイパス回路
３０ 起動制御手段

Claims (3)

1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、室外熱交換器、前記四方弁、アキュムレータ及び圧縮機と順次接続した冷媒回路と、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱槽を備えたヒートポンプ空気調和機であって、前記室外熱交換器と四方弁との間に流路切替手段を設けて、前記室外熱交換器と圧縮機との間の流路を、前記室外熱交換器からの冷媒が前記四方弁を介してアキュムレータ、圧縮機へと流れる通常回路と、同前記室外熱交換器からの冷媒が前記蓄熱槽を介してアキュムレータ、圧縮機へと流れる蓄熱バイパス回路とに分岐し、かつ、前記流路切替手段を切替え制御する起動制御手段を設け、暖房運転起動時には前記流路切替手段により流路を切替えて前記室外熱交換器からの冷媒の一部あるいは全部を前記蓄熱バイパス回路に流す構成としたヒートポンプ空気調和機。
2. 四方弁とアキュムレータの間に第２アキュムレータを設置したことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ空気調和機。
3. 起動制御手段は室外熱交換器入口の冷媒温度が所定温度以下の場合に流路切替手段を切り替える構成とした請求項１又は２記載のヒートポンプ空気調和機。

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