JP2019060544A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】リバースサイクルデフロスト時においてもコールドドラフト（室温低下）を防ぐことができる空気調和機を提供する。【解決手段】室外熱交換器１４に対して熱的に接続され、圧縮機１０に向かう冷媒を加熱する補助熱交換器４４と、室内熱交換器２０と膨張器１８との間に設けられ、リバースサイクル時に、該膨張器１８から該室内熱交換器２０に向かうリバースサイクル流れと、該膨張器１８から前記補助熱交換器４４を介して前記圧縮機１０に向かうバイパス流れとを切り換える切換弁４２と、リバースサイクルデフロスト時に前記切換弁４２を前記バイパス流れに切り換える制御部と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

ヒートポンプ式空気調和機の暖房運転において、外気温度が氷点下に低い場合の暖房運転時には、室外熱交換器に霜が付着してしまい、室外熱交換器の熱伝達率を低下させ、その結果、空気調和機の効率を低下させてしまうという問題がある。

室外熱交換器に付着した霜を除霜するために、暖房サイクルの冷媒流れを逆転させ、圧縮機からの高温ガス冷媒を室外熱交換器に流通させることで除霜する、所謂、リバースサイクルデフロストが一般的に実施されている。このような空気調和機では、リバースサイクルデフロスト時に、低温冷媒が室内熱交換器に流通してしまうことで、室温低下（コールドドラフト）が発生して室内快適性が悪化する虞がある。

また、リバースサイクルデフロスト以外の除霜方法として、圧縮機からの高温ガスの一部を室外熱交換器に流通させる、ホットガスバイパスデフロストがある。しかし、ホットガスバイパスデフロストの除霜能力はリバースサイクルデフロストに比べると劣り、室外熱交換器の着霜度合によっては、リバースサイクルデフロストを実施せざるを得ず、結果として、コールドドラフトは完全に解消できない。

そのため、特許文献１では、デフロスト運転時、圧縮機からの高温ガス冷媒の一部を室外機コイルに流通させ、室外機コイルを通過して冷却された低温冷媒を三方弁によって室内機コイルに流通させないことで、コールドドラフトを抑制する方法が開示されている。

特開平７−１９０５７２号公報

しかし、特許文献１では、圧縮機からの高温ガス冷媒の一部のみしか室外機コイルに流通させられないため、室外機コイルの除霜に時間がかかる懸念がある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、リバースサイクルデフロスト時においてもコールドドラフトを防ぐことができる空気調和機の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、空気調和機は以下の手段を採用する。
即ち、本発明の一態様にかかる空気調和機は、暖房運転時にリバースサイクルデフロストによって除霜を行うヒートポンプ式の空気調和機において、室外熱交換器に対して熱的に接続され、圧縮機に向かう冷媒を加熱する補助熱交換器と、室内熱交換器と膨張器との間に設けられ、リバースサイクル時に、該膨張器から該室内熱交換器に向かうリバースサイクル流れと、該膨張器から前記補助熱交換器を介して前記圧縮機に向かうバイパス流れとを切り換える切換弁と、リバースサイクルデフロスト時に前記切換弁を前記バイパス流れに切り換える制御部と、を備えていることを特徴とする。

本態様に係る空気調和機によれば、除霜時（リバースサイクルデフロスト時）に、室外熱交換器及び膨張器を通過した低温冷媒が、切換弁によって補助熱交換器にバイパスされるので、低温冷媒が室内熱交換器に流通されることがない。これにより、室内に冷気が流れることを抑制し、室温低下を防ぐことができる。即ち、リバースサイクルデフロスト時においてもコールドドラフトを防ぐことができる。
また、バイパスされた低温冷媒は、補助熱交換器にて室外熱交換器から得た熱によって加熱ないし過熱されることでガス化が促される。これにより、液体の冷媒が圧縮機に流入される液バックを抑制し、圧縮機の保護を可能とする。

また、本発明の一態様にかかる空気調和機では、前記補助熱交換器は、前記室外熱交換器の冷媒入口側に設置されていることを特徴とする。

本態様に係る空気調和機によれば、除霜時（リバースサイクルデフロスト時）に、切換弁によってバイパスされた低温冷媒が流通される補助熱交換器が、室外熱交換器の冷媒入口側に設置されている。これにより、高温ガス上流側でフィン温度が高い室外熱交換器入口側のフィン熱を補助熱交換器に伝達することができるため、効率的に低温冷媒のガス化を促すことができる。

また、本発明の一態様にかかる空気調和機では、前記補助熱交換器は、前記室外熱交換器の外気下流側に設置されることを特徴とする。

本態様に係る空気調和機によれば、除霜時（リバースサイクルデフロスト時）に、切換弁によってバイパスされた低温冷媒が流通する補助熱交換器が、室外熱交換器の外気下流側に設置されている。これにより、補助熱交換器が外気に晒されることによる補助熱交換器の温度低下を抑制することができるため、効率的に低温冷媒のガス化を促すことができる。

本発明に係る空気調和機によれば、リバースサイクルデフロスト時に、切換弁によって低温冷媒をバイパスして、室内熱交換器ではなく補助熱交換器に流通させることで、リバースサイクルデフロスト時においてもコールドドラフトを防ぐことができる。
また、バイパスされた低温冷媒が補助熱交換器によって加熱ないし過熱されることで、ガス化が促され、液体の冷媒が圧縮機に流入される液バックを抑制し、圧縮機の保護を可能とする。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の冷媒回路を示す概略図である。 比較例としての空気調和機の冷媒回路を示す概略図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る空気調和機について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る空気調和機の冷媒回路が示されている。

空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、室内に設置された室内熱交換器２０と、冷媒を膨張させる膨張器１８と、室外に設置された室外熱交換器１４とを備えている。

圧縮機１０の吐出側には、冷媒の流通方向を切り換える四方弁１２が設けられており、吐出配管３０、吸入配管３２、冷媒配管３４及び冷媒配管４０が接続されている。四方弁１２は、図示しない制御部からの信号によって切り換えられ、空気調和機の運転に応じて連通方向を切り換えることができる。吐出配管３０は、圧縮機１０の冷媒吐出口と四方弁１２とを接続している。吸入配管３２は、圧縮機１０の冷媒吸入口と四方弁１２とを接続している。冷媒配管３４は、四方弁１２と室外熱交換器１４とを接続している。冷媒配管４０は、四方弁１２と室内熱交換器２０とを接続している。

室外熱交換器１４及び室内熱交換器２０には、それぞれ室外ファン１６及び室内ファン２２が設置され、それぞれの熱交換器が備えるフィン等に送風する。

室外熱交換器１４には、上述の冷媒配管３４の他、冷媒配管３６が接続され膨張器１８と連通している。室内熱交換器２０には、上述の冷媒配管４０の他、冷媒配管３８Ｂが接続されている。

また、本実施形態に係る空気調和機の冷媒回路には、室内熱交換器２０と膨張器１８との間に切換弁４２が備えられている。切換弁４２には、冷媒配管３８Ａ，３８Ｂ及びバイパス冷媒配管４６が接続されている。冷媒配管３８Ａは、切換弁４２と膨張器１８とを接続している。冷媒配管３８Ｂは、切換弁４２と室内熱交換器２０とを接続している。バイパス冷媒配管４６は、切換弁４２と、室外熱交換器１４に対して熱的に接続されている補助熱交換器４４とを接続している。また、補助熱交換器４４は、バイパス冷媒配管４８を介して、圧縮機１０入口側の吸入配管３２へ接続されている。なお、本実施形態の切換弁４２としては、三方向に流体の流出入口が設けられている三方弁を用いる。なお、三方弁に代えて二方弁を２つ設けても良い。切換弁４２は、図示しない制御部からの信号によって切り換えられ、空気調和機の運転に応じて連通方向を切り換えることができる。

制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

次に、上述した冷媒回路における暖房サイクル（破線矢印参照）について説明する。
圧縮機１０によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管３０に吐出され、連通方向が制御により切り換えられた四方弁１２によって冷媒配管４０に流通され、室内熱交換器２０に至る。

室内熱交換器２０に導入された高温高圧のガス冷媒は、室内ファン２２によって循環される室内空気と熱交換され、室内空気は加熱されて室内の暖房に供される。

暖房運転時、切換弁４２は制御部からの信号によって連通方向が制御され、冷媒配管３８Ｂ，３８Ａを連通させている。これにより、室内熱交換器２０と膨張器１８とを接続する。つまり、冷媒配管３８Ｂ、切換弁４２及び冷媒配管３８Ａによって、冷媒配管３８（図２参照）に相当する冷媒配管をなす。

したがって、室内空気との熱交換によって室内熱交換器２０で凝縮された液冷媒は、冷媒配管３８Ｂ、切換弁４２、冷媒配管３８Ａ、膨張器１８及び冷媒配管３６を介して室外熱交換器１４に流通される。膨張器１８では、液冷媒が断熱膨張されて低温の気液２相冷媒となる。

室外熱交換器１４に導入された冷媒は、室外ファン１６から送風される外気と冷媒とが熱交換され、冷媒は外気から吸熱して蒸発ガス化される。

ガス化した冷媒は、冷媒配管３４を介して四方弁１２に至り、連通方向が制御により切り換えられた四方弁１２によって吸入配管３２に流通され圧縮機１０に戻る。圧縮機１０に戻ったガス冷媒は、圧縮機１０において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによって暖房運転が行われる。

次に、暖房運転時におけるリバースサイクルデフロスト（実線矢印参照）について説明する。
リバースサイクルデフロスト時、圧縮機１０によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管３０に吐出され、連通方向が制御により切り換えられた四方弁１２によって冷媒配管３４に流通され、室外熱交換器１４に至る。

気温度が氷点下に低い場合の暖房運転時には、室外熱交換器１４に霜が付着してしまう。上述したように、暖房運転時において、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器１４に導入させることにより、室外熱交換器１４に付着した霜を除霜することを、リバースサイクルデフロストという。

室外熱交換器１４で凝縮された液冷媒は、冷媒配管３６、膨張器１８、冷媒配管３８Ａを介して切換弁４２に至る。膨張器１８では、液冷媒が断熱膨張されて低温の気液２相冷媒となる。

リバースサイクルデフロスト時、切換弁４２は図示しない制御部からの信号によって連通方向が制御され、冷媒配管３８Ａとバイパス冷媒配管４６とを連通させる。これにより、膨張器１８から補助熱交換器４４を介して圧縮機１０側へ向かう冷媒流れ（バイパス流れ）を形成する。

つまり、リバースサイクルデフロスト時、圧縮機１０によって圧縮され室外熱交換器１４で凝縮された全ての液冷媒は、冷媒配管３６、膨張器１８、冷媒配管３８Ａ、切換弁４２及びバイパス冷媒配管４６を介して補助熱交換器４４へ流通され、室内熱交換器２０には流通されない。

バイパス流れによって補助熱交換器４４に流通される気液２相冷媒は、補助熱交換器４４での熱交換によってガス化が促されガス冷媒となる。補助熱交換器４４から流出されたガス冷媒は、バイパス冷媒配管４８を介して、圧縮機１０入口側の吸入配管３２へ流入して圧縮機１０に戻る。圧縮機１０に戻ったガス冷媒は、圧縮機１０において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによってリバースサイクルデフロストが行われる。

次に、図２を用いて、本実施形態の比較例としての暖房サイクルについて説明する。本比較例は、図１に示した実施形態に対して、切換弁４２、補助熱交換器４４、及びそれらに付随する冷媒配管を備えていない点で相違し、その他の点については同様である。したがって、上述した実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
圧縮機１０によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管３０に吐出され、四方弁１２によって冷媒配管４０に流通され、室内熱交換器２０に至る。

室内熱交換器２０に導入された高温高圧のガス冷媒は、室内ファン２２によって循環される室内空気と熱交換され、室内空気は加熱されて室内の暖房に供される。

室内空気との熱交換によって室内熱交換器２０で凝縮された液冷媒は、冷媒配管３８、膨張器１８、冷媒配管３６を介して室外熱交換器１４に流通される。膨張器１８では、液冷媒が断熱膨張されて低温の気液２相冷媒となる。

室外熱交換器１４に導入された冷媒は、室外ファン１６から送風される外気と冷媒とが熱交換され、冷媒は外気から吸熱して蒸発ガス化される。

ガス化した冷媒は、冷媒配管３４を介して四方弁１２に至り、四方弁１２によって吸入配管３２に流通され圧縮機１０に戻る。圧縮機１０に戻ったガス冷媒は、圧縮機１０において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによって暖房運転が行われる。

次に、本実施形態の比較例としての暖房運転時におけるリバースサイクルデフロストについて説明する。
圧縮機１０によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管３０に吐出され、四方弁１２によって冷媒配管３４に流通され、室外熱交換器１４に至る。

室外熱交換器１４で凝縮された液冷媒は、冷媒配管３６、膨張器１８、冷媒配管３８を介して室内熱交換器２０に流通される。膨張器１８では、液冷媒が断熱膨張されて低温の気液２相冷媒となる。

室内熱交換器２０では、室内ファン２２によって循環される室内空気と冷媒とが熱交換され、室内空気は冷却されて室内に供される。一方、熱交換された冷媒は蒸発ガス化される。

ガス化されたガス冷媒は、冷媒配管４０を介して四方弁１２に至り、四方弁１２によって吸入配管３２に流通され圧縮機１０に戻る。圧縮機１０に戻ったガス冷媒は、圧縮機１０において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによって、本実施形態の比較例としてのリバースサイクルデフロストが行われる。

上述したように、本実施形態の比較例としてのリバースサイクルデフロストでは、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒が、吐出配管３０、四方弁１２、冷媒配管３４を介して室外熱交換器１４に導入される。外気温度が氷点下に低い場合の暖房運転時に、室外熱交換器１４に付着した霜を、圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒によって除霜（リバースサイクルデフロスト）する。しかし、本実施形態の比較例としてのリバースサイクルデフロストでは、室内熱交換器２０によって室内空気と冷媒とが熱交換され、室内空気は冷却されて室内に供されてしまう。

本実施形態に係る空気調和機によれば以下の効果を奏する。
除霜時（リバースサイクルデフロスト時）に、室外熱交換器１４及び膨張器１８を通過した低温冷媒が、切換弁４２によって補助熱交換器４４にバイパスされるので、低温冷媒が室内熱交換器２０に流通されることがない。これにより、室内に冷気が流れることを抑制し、室温低下を防ぐことができる。即ち、リバースサイクルデフロスト時においてもコールドドラフトを防ぐことができる。
また、バイパスされた低温冷媒は、補助熱交換器４４にて室外熱交換器１４から得た熱によって加熱ないし過熱されることでガス化が促される。これにより、液体の冷媒が圧縮機１０に流入される液バックを抑制し、圧縮機１０の保護を可能とする。

なお、補助熱交換器４４は、室外熱交換器１４の冷媒入口側（図１で示す室外熱交換器１４の上部）に設置されることが好ましい。室外熱交換器１４の上部においては、圧縮機１０からの高温ガス冷媒が室外熱交換器１４によって熱交換される初期段階にあるので、冷媒温度が高い状態にあり、また、フィン温度が高い状態にある。これにより、高温のフィン熱を補助熱交換器４４に伝達することができ、気液２相冷媒のガス化をより促すことができる。

また、補助熱交換器４４は、室外熱交換器１４の外気下流側（図１で示す室外熱交換器１４の左側）に設置されることが好ましい。外気下流は、室外熱交換器１４のフィン熱によって過熱された外気に触れやすい。これにより、高温のフィン熱によって加熱された外気の熱を補助熱交換器４４に伝達することができ、気液２相冷媒のガス化をより促すことができる。また、外気上流側（図１で示す室外熱交換器１４の右側）は低温の外気に近いため、補助熱交換器４４が外気に晒されることによる補助熱交換器４４の温度低下を抑制することもできる。

１０ 圧縮機
１２ 四方弁
１４ 室外熱交換器
１６ 室外ファン
１８ 膨張器（膨張弁）
２０ 室内熱交換器
２２ 室内ファン
３０ 吐出配管
３２ 吸入配管
３４，３６，３８，３８Ａ，３８Ｂ，４０ 冷媒配管
４２ 切換弁
４４ 補助熱交換器
４６，４８ パイパス冷媒配管

Claims (3)

1. 暖房運転時にリバースサイクルデフロストによって除霜を行うヒートポンプ式の空気調和機において、
   室外熱交換器に対して熱的に接続され、圧縮機に向かう冷媒を加熱する補助熱交換器と、
   室内熱交換器と膨張器との間に設けられ、リバースサイクル時に、該膨張器から該室内熱交換器に向かうリバースサイクル流れと、該膨張器から前記補助熱交換器を介して前記圧縮機に向かうバイパス流れとを切り換える切換弁と、
   リバースサイクルデフロスト時に前記切換弁を前記バイパス流れに切り換える制御部と、
   を備えていることを特徴とする空気調和機。
2. 前記補助熱交換器は、前記室外熱交換器の冷媒入口側に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記補助熱交換器は、前記室外熱交換器の外気下流側に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。

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