JP2020128858A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜運転から暖房運転に復帰した際に、暖房運転に必要な冷媒循環量を確保できる空気調和機を提供する。【解決手段】除霜運転が終了した後、圧縮機２１を駆動させたまま、および、第２開閉弁２９ｂ以外の各弁を除霜運転時と同じ状態に維持したまま、第２開閉弁２９ｂを閉じる。第１開閉弁２９ａと第２開閉弁２９ｂとをともに閉じて圧縮機２１を駆動することによって、気液分離器２８に滞留する液冷媒が、気液分離器２８から第２液分管６８へと流出する。また、第２膨張弁２７ｂも全開とされているので、気液分離器２８に滞留するガス冷媒が、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出して圧縮機２１に吸入される。除霜運転が終了してから所定時間が経過した後、第２開閉弁２９ｂを閉じた状態、および、第１膨張弁２７ａの開度と第２膨張弁２７ｂの開度をともに全開としたまま、第１開閉弁２９ａを開く。【選択図】図２

Description

本発明は空気調和機に関わり、より詳細には、気液分離器を備える空気調和機に関する。

室外機と室内機を有する空気調和機において、室外機の室外熱交換器と室内機の室内熱交換器とを接続する液管に気液分離器を備えるものがある。そして、このような空気調和機では、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器から流出して気液分離器に流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、分離したガス冷媒を圧縮機の低圧側と気液分離器とを接続するバイパス管を介して気液分離器から圧縮機に戻し、分離した液冷媒を気液分離器から液管に流出させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。このように、気液分離器を用いて液管に液冷媒、つまり、密度の高い冷媒を流すことで、液管を冷媒が流れる際の圧力損失を低減できる。

上記のような空気調和機では、液管に備えられた膨張弁（以降、第１膨張弁と記載する場合がある）と、バイパス管に備えられた膨張弁（以降、第２膨張弁と記載する場合がある）のそれぞれの開度が適宜調整されることで、圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を目標値に維持しつつ、気液分離器から液管に流出する冷媒が液冷媒となるようにすることができる。

特開２００４−２７８８２５号公報

ところで、空気調和機では、暖房運転時に室外熱交換器が着霜していた場合に、暖房運転を一時中断し、冷媒回路を冷房運転時の状態に切り換えて室外熱交換器の除霜運転を行う。このとき、特許文献１に記載の空気調和機のように、気液分離器とバイパス管と第１膨張弁と第２膨張弁とを有するものでは、第１膨張弁の開度と第２膨張弁の開度がともに全開とされる。除霜運転時に第１膨張弁の開度が全開とされるとともに、第２膨張弁が全開とされて液管からバイパス管を介して圧縮機に戻る冷媒量が増加することで、圧縮機から室外熱交換器へと流れる冷媒量が増加する。この結果、除霜運転を早く完了できる。

しかし、上記のように除霜運転時に第１膨張弁の開度が全開とされると、気液分離器に流入する冷媒量が冷房運転時と比べて多くなる。また、第２膨張弁の開度が全開とされると、気液分離器からバイパス管へと流出する冷媒量が冷房運転時と比べて多くなる。このとき、気液分離器から液管へ流出する液冷媒の量も冷房運転時より増えるものの、上記のように気液分離器からバイパス管へと流出するガス冷媒の量が多くなるため、気液分離器内においてガス冷媒の量に対する液冷媒の量の比率が大きくなる、つまり、多量の液冷媒が気液分離器に滞留する。この結果、除霜運転が終了して暖房運転に復帰した際に、冷媒回路を循環する冷媒量が不足して室内機で要求される暖房能力が発揮できないという問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、除霜運転から暖房運転に復帰した際に、暖房運転に必要な冷媒循環量を確保できる空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機と、室内熱交換器と、第１開閉弁と、第１膨張弁と、室外熱交換器とで形成される冷媒回路と、第１開閉弁に並列に配置され、第２開閉弁と、気液分離器と、逆止弁とで形成される迂回路と、第１開閉弁および第２開閉弁の開閉を行う制御手段と、を有する。暖房運転時は、第１開閉弁が開かれるとともに第２開閉弁が閉じられて、圧縮機、室内熱交換器、第１開閉弁、第１膨張弁、室外熱交換器の順で冷媒が流れる。冷房運転時あるいは除霜運転時は、第１開閉弁が閉じられるとともに第２開閉弁が開かれて、圧縮機、室外熱交換器、第１膨張弁、第２開閉弁、気液分離器、逆止弁、室内熱交換器の順で冷媒が流れる。そして、制御手段は、暖房運転を中断して除霜運転を行い、この除霜運転が終了した時点から、圧縮機を駆動させたまま第１開閉弁と第２開閉弁をともに閉じた状態を所定時間継続させる。

上記のように構成した本発明の空気調和機によれば、除霜運転が終了した時点から、圧縮機を駆動させたまま第１開閉弁と第２開閉弁をともに閉じた状態を所定時間継続させる。これにより、除霜運転中に気液分離器に滞留した液冷媒を、除霜運転終了後に冷媒回路に流出させることができるので、除霜運転から暖房運転に復帰した際に、暖房運転に必要な冷媒循環量を確保でき、室内機で要求される暖房能力が発揮できないという状態を防ぐことができる。

本発明の実施形態における、空気調和機の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。 本発明の実施形態における、弁動作テーブルである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１台の室外機と１台の室内機が２本の冷媒配管で接続された空気調和機を例に挙げて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、本実施例における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室内に設置され室外機２に液管４およびガス管５で接続された室内機３を備えている。詳細には、室外機２の閉鎖弁２５と室内機３の液管接続部３３とが液管４で接続されている。また、室外機２の閉鎖弁２６と室内機３のガス管接続部３４とがガス管５で接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が形成されている。

＜室外機の構成＞
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、室外ファン２４と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、第１膨張弁２７ａと、第２膨張弁２７ｂと、気液分離器２８と、第１開閉弁２９ａと、第２開閉弁２９ｂと、逆止弁３０とを備えている。そして、室外ファン２４を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを形成している。

圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側と四方弁２２のポートａとが、吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側と四方弁２２のポートｃとが、吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、上述したように圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気とを熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂと冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は閉鎖弁２５と室外機液管６３で接続されている。室外熱交換器２３は、空気調和機１が冷房運転を行う場合は凝縮器として機能し、暖房運転を行う場合は蒸発器として機能する。

第１膨張弁２７ａは、例えば電子膨張弁であり、室外機液管６３に設けられている。第１膨張弁２７ａの開度が調整されることで、室内機３を流れる冷媒量が調整される。なお、第１膨張弁２７ａの具体的な開度の調整方法については、後述する。

室外ファン２４は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２４は、図示しないファンモータによって回転することで室外機２の図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を室外機２の図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。

気液分離器２８は、略円筒形状の密閉容器であり、流入した気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。気液分離器２８の密閉容器の天面に設けられた冷媒流入口と、室外機液管６３における第１膨張弁２７ａと閉鎖弁２５の間とが第１液分管６７で接続されている。また、気液分離器２８の密閉容器の側面下方に設けられた液冷媒流出口と、室外機液管６３における第１液分管６７の接続部と閉鎖弁２５の間とが第２液分管６８で接続されている。そして、気液分離器２８の底面に設けられたガス冷媒流出口と吸入管６６とがバイパス菅６９で接続されている。なお、バイパス管６９の一部はガス冷媒流出口を通して気液分離器２８の内部に挿入されており、バイパス管６９の気液分離器２８の内部に開口する端部は、液冷媒流出口よりも高い位置に配置される。また、第２膨張弁２７ｂとバイパス管６９とで、本発明のバイパス路が形成される。

第１開閉弁２９ａは、室外機液管６３における第１液分管６７の接続部と第２液分管６８の接続部との間に設けられている。第２開閉弁２９ｂは、第１液分管６７に設けられている。逆止弁３０は、第２液分管６８に設けられており、第２液分管６８を気液分離器２８から室外機液管６３に向かう方向にのみ冷媒を流す。なお、上述した気液分離器２８と、第２開閉弁２９ｂと、逆止弁３０と、第１液分管６７と、第２液分管６８とで本発明の迂回路が形成され、この迂回路は第１開閉弁２９ａに並列に接続されている。
第１開閉弁２９ａおよび第２開閉弁２９ｂの開閉動作については、後述する。

第２膨張弁２７ｂは例えば電子膨張弁であり、バイパス管６９における気液分離器２８のガス冷媒流出口の近傍に設けられている。第２膨張弁２７ｂの開度が調整されることで、気液分離器２８から吸入管６６へと流れるガス冷媒の量が調整される。なお、第２膨張弁２７ｂの具体的な開度の調整方法については、後述する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入管６６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４とが設けられている。

室外熱交換器２３の図示しない冷媒流路の中間部には、冷媒流路の中間部を流れる冷媒の温度、すなわち室外熱交換器２３の温度を検出するための熱交温度センサ７５が設けられている。室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、本発明の制御手段である室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されており、図１（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０とを備えている。

記憶部２２０は、例えばフラッシュメモリであり、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外機ファン２８の駆動状態、各室内機５から送信される運転情報（運転／停止情報、冷房／暖房等の運転モード等を含む）、後述する弁動作テーブル３００などを記憶する。通信部２３０は、各室内機５との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、センサ入力部２４０を介して各種センサでの検出値を定期的（例えば、３０秒毎）に取り込むとともに、各室内機５から送信される運転情報を含む信号が通信部２３０を介して入力される。ＣＰＵ２１０は、これら入力された各種情報に基づいて、第１膨張弁２４ａや第２膨張弁２４ｂの開度調整、圧縮機２１や室外機ファン２８の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、後述する弁動作テーブル３００を用いて、第１開閉弁２９ａおよび第２開閉弁２９ｂを開閉する。

＜室内機の構成＞
次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを構成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と、後述する室内ファン３２の回転により室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気とを熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部３３と室内機液管９１で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部３４と室内機ガス管９２で接続されている。室内熱交換器３１は、空気調和機１が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。なお、液管接続部３３やガス管接続部３４では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３２は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３１は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機３の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管９１には、室内熱交換器３１に流入あるいは室内熱交換器３１から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ８１が設けられている。室内機ガス管９２には、室内熱交換器３１から流出あるいは室内熱交換器３１に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ８２が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ８３が備えられている。

＜冷媒回路の動作＞
次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について説明する。以下の説明では、図１および図２を用いて、空気調和機１が暖房運転を行う場合、冷房運転を行う場合、除霜運転を行う場合、の順で説明する。

ここで、図２に示す弁動作テーブル３００について説明する。この弁動作テーブル３００は、予め定められて室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されているものであり、運転モードに応じた第１開閉弁２９ａおよび第２開閉弁２９ｂの開閉と、第１膨張弁２７ａおよび第２膨張弁２７ｂの開度調整方法が、それぞれ定められている。空気調和機１が空調運転を行っているときは、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０が、この弁動作テーブル３００に基づいて、現在の運転モードに応じて第１開閉弁２９ａおよび第２開閉弁２９ｂの開閉と、第１膨張弁２７ａおよび第２膨張弁２７ｂの開度調整を行う。

＜暖房運転時の冷媒回路の動作＞
空気調和機１が暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように、四方弁２２を破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、また、ポートｂとポートｃとが連通するよう切り替える。これにより、冷媒回路１０において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、冷媒回路１０が、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに室内熱交換器３１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。また、ＣＰＵ２１０は、弁動作テーブル３００における運転モードが「暖房運転」の項目を参照して、第１開閉弁２９ａを開くとともに、第２開閉弁２９ｂを閉じる。さらには、ＣＰＵ２１０は、弁動作テーブル３００を参照して、第１膨張弁２７ａを後述する方法で吐出温度に応じた開度とし、第２膨張弁２７ｂを全開とする。

冷媒回路１０が暖房サイクルとなった状態で、ＣＰＵ２１０が圧縮機２１を駆動すると、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４を流れ閉鎖弁２６を介してガス管５に流出する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部３４を介して室内機３に流入する。

室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管９２を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は室内機液管９１を流れ、液管接続部３３を介して液管４に流出する。液管４を流れ閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は室外機液管６３を流れ、ＣＰＵ２１０により開かれている第１開閉弁２９ａを流れて第１膨張弁２７ａへと流れ、第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧される。このとき、逆止弁３０により、液管４から室外機液管６３に流入した冷媒は、第２液分管６８には流れない。また、第２開閉弁２９ｂがＣＰＵ２１０により閉じられていることにより、第１開閉弁２９ａから第１膨張弁２７ａへと流れる冷媒は第１液分管６７には流れない。さらには、第２膨張弁２７ｂの開度がＣＰＵ２１０により全開とされているため、気液分離器２８の内部に滞留するガス冷媒は、バイパス管６９、吸入管６６を流れて圧縮機２１に吸入される。

第１膨張弁２７ａは、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が、外気温度や室内機３で要求される暖房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整される。具体的には、検出した吐出温度が目標温度より高い場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より大きくされる。第１膨張弁２７ａの開度が大きくされることで、冷媒回路１０から圧縮機２１に戻る冷媒量が多くなって吐出温度が低下する。一方、検出した吐出温度が目標温度より低い場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より小さくされる。第１膨張弁２７ａの開度が小さくされることで、冷媒回路１０から圧縮機２１に戻る冷媒量が少なくなって圧縮機２１の内部温度が上昇するので、吐出温度が上昇する。

第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧された冷媒は、室外機液管６３を流れて室外熱交換器２３に流入し、室外熱交換器２３で室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜冷房運転時の冷媒回路の動作＞
空気調和機１が冷房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように、四方弁２２が実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するよう、切り替えられる。これにより、冷媒回路１０において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、冷媒回路１０が、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器３１が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。また、ＣＰＵ２１０は、弁動作テーブル３００における運転モードが「冷房運転」の項目を参照して、第１開閉弁２９ａを閉じるとともに、第２開閉弁２９ｂを開く。さらには、ＣＰＵ２１０は、弁動作テーブル３００を参照して、第１膨張弁２７ａを前述した暖房運転時と同じ吐出温度に応じた開度とし、第２膨張弁２７ｂの開度を後述する方法で第１膨張弁２７ａの開度に応じた開度とする。

冷媒回路１０が冷房サイクルとなった状態で、ＣＰＵ２１０が圧縮機２１を駆動すると、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管６２を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２４の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。

室外熱交換器２３から室外機液管６３に流出した冷媒は、第１膨張弁２７ａを通過する際に減圧される。第１膨張弁２７ａの開度は、吐出温度センサ７３で検出した吐出温度が、外気温度や室内機３で要求される冷房能力に応じて予め定められている目標温度となるように開度が調整されている。なお、具体的な第１膨張弁２７ａの開度調整方法については、暖房運転の際に説明した方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、第１膨張弁２７ａの開度により、室外熱交換器２３から流出する冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とが混合された気液二相冷媒となる。

第１膨張弁２７ａを通過して室外機液管６３を流れる冷媒は、第１開閉弁２９ａがＣＰＵ２１０により閉じられていること、および、第２開閉弁２９ｂがＣＰＵ２１０により開かれていることによって、第１液分管６７へと流れ、気液分離器２８に流入する。このとき、気液分離器２８に流入した冷媒は気液分離器２８の内部で液冷媒とガス冷媒とに分離される。

気液分離器２８の内部で液冷媒と分離されたガス冷媒は、バイパス管６９へと流出し、ＣＰＵ２１０によって第１膨張弁２７ａの開度に応じた開度とされている第２膨張弁２７ｂを通過する際に減圧されて、吸入管６６へと流れる。

ここで、冷房運転時に、第１膨張弁２７ａの開度に応じて第２膨張弁２７ｂの開度を調整する方法について説明する。第１膨張弁２７ａの開度が予め定められた第１所定開度より大きい場合は、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくする。ここで、第１所定開度とは、第１膨張弁２７ａの最大開度より少し小さい開度であり、第１膨張弁２７ａの開度を第１所定開度としても吐出温度が下がりにくい状態となることが、予め行った試験などによって判明している開度である。

第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より大きい場合に第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より大きくすると、第２膨張弁２７ｂの開度が小さい場合と比べて気液分離器２８に滞留するガス冷媒がバイパス管６９へと流出する量が増加する。このため、気液分離器２８から第２液分管６８に流出する液冷媒に対するガス冷媒の割合が少なくなって、第２液分管６８から液管４へと流れる冷媒の密度が高くなる。そして、液管４を流れる冷媒の密度が高くなれば、冷媒の密度が低い場合と比べて液管4における冷媒の流速が遅くなることによって冷媒が液管４を流れる際の圧力損失が小さくなる。これにより、圧縮機２１に吸入される冷媒の密度も高くなるので、吐出温度が低下する。

第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度以上となっているときに、第２膨張弁２７ｂの開度を大きくして第２液分管６８から液管４へと流れる冷媒の密度を高くすることで、冷媒回路１０を循環する冷媒量が増加するため、吐出温度は低下する。そして、検出した吐出温度が目標温度より低くなった場合は、第１膨張弁２７ａの開度が現在の開度より小さくされる。このとき、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より小さくなったことによって第２膨張弁２７ｂの開度を小さくすれば、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度を境として大きくなったり小さくなったりを繰り返し、これに応じて第２膨張弁２７ｂの開度も大きくなったり小さくなったりを繰り返す、所謂ハンチングを起こす恐れがある。

そこで、第１膨張弁２７ａの開度が予め定められた第２所定開度以下である場合に、第２膨張弁２７ｂの開度を現在の開度より小さくする。ここで、第２所定開度は、第１所定開度より小さい開度であり、室内機３で発揮される冷房能力を考慮して決定される。第１膨張弁２７ａの開度が第２所定開度以下であるときに第２膨張弁２７ｂの開度が大きくされていると、液管４を流れる冷媒における液冷媒に対するガス冷媒の割合が低くなって液管４を流れる冷媒の密度が高くなることに起因して、室内熱交換器３１における蒸発能力が低下して室内機３で発揮される冷房能力が低下する恐れがある。そこで、本実施形態では、上述した冷房能力の低下を抑制しつつ、第２膨張弁２７ｂの開度調整のハンチングを防ぐことができるように、第２所定開度が定められる。

以上説明したように、冷房運転時は吐出温度に応じて調整される第１膨張弁２７ａの開度に応じて、第２膨張弁２７ｂの開度が調整される。これにより、冷房運転時に必要な冷媒循環量を確保して要求される冷房能力を発揮させつつ、吐出温度が高い場合はこれを確実に低下させることができる。
なお、第１膨張弁２７ａの開度が第１所定開度より小さく、かつ、第２所定開度より大きい場合は、ＣＰＵ２１０は、現在の第２膨張弁２７ｂの開度を維持する。

一方、気液分離器２８の内部でガス冷媒と分離された液冷媒は第２液分管６８へと流出し、逆止弁３０を介して室外機液管６３へと流れる。室外機液管６３を流れ閉鎖弁２５を介して液管４に流出し、液管４を流れて液管接続部３３を介して室内機３に流入する。

室内機３に流入した冷媒は、室内機液管９１を流れて室内熱交換器３１に流入する。室内熱交換器３１に流入した冷媒は、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器３１が蒸発器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は、室内機ガス管９２を流れガス管接続部３４を介してガス管５に流出する。ガス管５を流れて閉鎖弁２６を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管６４、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜除霜運転時の冷媒回路の動作＞
空気調和機１が除霜運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、冷媒回路１０を冷房運転時と同じ冷房サイクルとする。また、ＣＰＵ２１０は、弁動作テーブル３００を参照して、第１開閉弁２９ａを閉じるとともに、第２開閉弁２９ｂを開く。さらには、ＣＰＵ２１０は、弁動作テーブル３００における運転モードが「除霜運転」の項目を参照して、第１膨張弁２７ａの開度と第２膨張弁２７ｂの開度とをともに全開とする。なお、除霜運転時は、室外ファン２４と室内ファン３２とは、ともに停止されている。

暖房運転が長時間、例えば３時間以上継続して行われている場合や、暖房運転中に熱交温度センサ７５で検出する室外熱交換器２３の温度が、外気温度センサ７６で検出する外気温度より所定温度、例えば１０℃以上低い状態が所定時間、例えば１０分以上継続した場合は、暖房運転に支障をきたすほど室外熱交換器２３が着霜している恐れがある。このような場合に、暖房運転を一時中断し、冷媒回路１０を暖房サイクルから冷房サイクルに切り換えることで、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒を室外熱交換器２３へと流して室外熱交換器２３の霜を融かす除霜運転を行う。

冷媒回路１０が冷房サイクルとなった状態で、ＣＰＵ２１０が圧縮機２１を駆動すると、圧縮機２１から吐出された高温・高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管６２を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒により、室外熱交換器２３で発生している霜が融ける。

室外熱交換器２３から室外機液管６３に流出した冷媒は、ＣＰＵ２１０によって全開とされている第１膨張弁２７ａを通過し、第１開閉弁２９ａがＣＰＵ２１０により閉じられていること、および、第２開閉弁２９ｂがＣＰＵ２１０により開かれていることによって、第１液分管６７へと流れて気液分離器２８に流入する。気液分離器２８に流入した冷媒はバイパス管６９および第２液分管６８へと流出する。バイパス管６９へと流出した冷媒は、ＣＰＵ２１０によって全開とされている第２膨張弁２７ｂを通過して吸入管６６へと流れて圧縮機２１に吸入される。一方、気液分離器２８の内部でガス冷媒と分離された液冷媒は第２液分管６８へと流出し、逆止弁３０を介して室外機液管６３へと流れる。室外機液管６３を流れ閉鎖弁２５を介して液管４に流出し、液管４を流れて液管接続部３３を介して室内機３に流入する。

以上説明したように、除霜運転時は第１膨張弁２７ａの開度が全開とされている。また、室外熱交換器２３から流出して気液分離器２８に流入した気液二相冷媒のうちのガス冷媒が、第２膨張弁２７ｂの開度が全開より小さい開度とされている場合と比べて圧縮機２１に多く戻る。このように、第１膨張弁２７ａと第２膨張弁２７ｂの開度をそれぞれ全開とすることにより、除霜運転時に室外熱交換器２３に多くの冷媒を流すことができるので、室外熱交換器２３の除霜を早く完了させることができる。

室内機３に流入した冷媒は、室内機液管９１を流れて室内熱交換器３１を通過し、室内機ガス管９２を流れガス管接続部３４を介してガス管５に流出する。ガス管５を流れて閉鎖弁２６を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管６４、四方弁２２、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜除霜運転から暖房運転に復帰させる際の、各開閉弁の動作＞
空気調和機１が上述した除霜運転を行っているとき、除霜運転が所定時間、例えば１０分間行われた場合や、除霜運転中に熱交温度センサ７５で検出する室外熱交換器２３の温度が所定温度、例えば１０℃以上となった場合は、室外熱交換器２３で発生した霜が全て融けたと考え、除霜運転を終了する。除霜運転終了後は、冷媒回路１０を冷房サイクルから暖房サイクルに戻して、暖房運転を再開する。

ところで、空気調和機１が除霜運転を行っているときは、前述したように第１膨張弁２７ａの開度と第２膨張弁２７ｂの開度はともに全開とされている。除霜運転時に第１膨張弁２７ａの開度が全開とされると、気液分離器２８に流入する冷媒量が冷房運転時と比べて多くなる。また、第２膨張弁２７ｂの開度が全開とされると、気液分離器２８の内部で液冷媒と分離されて気液分離器２８からバイパス管６９へと流出するガス冷媒の量が、冷房運転時と比べて多くなる。この結果、気液分離器２８の内部でガス冷媒と分離されて気液分離器２８から第２液分管６８流出する液冷媒の量も冷房運転時より増えるものの、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出するガス冷媒の量が多くなるため、気液分離器２８の内部においてガス冷媒の量に対する液冷媒の量の比率が大きくなる、つまり、多量の液冷媒が気液分離器２８に滞留する。この結果、除霜運転が終了して暖房運転に復帰した際に、冷媒回路１０を循環する冷媒量が不足して室内機３で要求される暖房能力が発揮できない恐れがある。

そこで、本実施形態の空気調和機１では、除霜運転が終了した後に図２の弁動作テーブル３００における運転モードが「除霜運転終了→暖房運転復帰まで」の項目を参照して、第１開閉弁２９ａと第２開閉弁２９ｂの各開閉動作を行う。具体的には、ＣＰＵ２１０は、除霜運転が終了した後、圧縮機２１を駆動させたまま、および、第２開閉弁２９ｂ以外の各弁を除霜運転時と同じ状態に維持したまま、第２開閉弁２９ｂを閉じる。

このように、第１開閉弁２９ａと第２開閉弁２９ｂとをともに閉じて圧縮機２１を駆動することによって、気液分離器２８の内部の圧力が第２液分管６８における圧力より低くなって、気液分離器２８に滞留する液冷媒が気液分離器２８から第２液分管６８へと流出し、第２液分管６８から室外機液管６３や液管４へと流れる。またこのとき、第２膨張弁２７ｂも全開とされているので、気液分離器２８に滞留するガス冷媒が、気液分離器２８からバイパス管６９へと流出し、吸入管６６を介して圧縮機２１に吸入される。

ＣＰＵ２１０は、以上説明した状態、つまり、圧縮機２１を駆動させたまま、および、第２開閉弁２９ｂ以外の各弁を除霜運転時と同じ状態に維持したまま、第２開閉弁２９ｂを閉じた状態を、除霜運転が終了してから所定時間（例えば、３０秒間。予め試験などを行って求められた時間であり、気液分離器２８の内部から十分な量の液冷媒を流出できる時間）継続する。これにより、除霜運転中に気液分離器２８に滞留していた多量の液冷媒を冷媒回路１０に向けて流出させることができる。

そして、ＣＰＵ２１０は、除霜運転が終了してから所定時間が経過した後、第２開閉弁２９ｂを閉じた状態、および、第１膨張弁２７ａの開度と第２膨張弁２７ｂの開度をともに全開としたまま、第１開閉弁２９ａを開く。これにより、冷媒回路１０における高圧側（圧縮機２１の吐出側）と低圧側（圧縮機２１の吸入側）との圧力差が小さくなる、つまり、均圧が行われる。ＣＰＵ２１０は、この均圧に必要な時間、例えば３分間が経過するまで、第２開閉弁２９ｂを閉じた状態、および、第１膨張弁２７ａの開度と第２膨張弁２７ｂの開度をともに全開とした状態を維持し、均圧が完了すれば冷媒回路１０を冷房サイクルから暖房サイクルに切り換える。そして、ＣＰＵ２１０は、弁動作テーブル３００における運転モードが「暖房運転」の項目を参照して、第１開閉弁２９ａ、第２開閉弁２９ｂ、第１膨張弁２７ａ、および、第２膨張弁２７ｂをそれぞれ制御するとともに、圧縮機２１を再起動して暖房運転を再開する。

以上説明したように、本実施形態の空気調和機１では、除霜運転が終了後に、除霜運転中に気液分離器２８に滞留した冷媒を冷媒回路１０に流出させた後に、暖房運転を再開する。これにより、除霜運転から暖房運転に復帰した際に、冷媒回路１０を循環する冷媒量が不足することがなく、室内機３で要求される暖房能力が発揮できないということを防ぐことができる。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２７ａ 第１膨張弁
２７ｂ 第２膨張弁
２８ 気液分離器
２９ａ 第１開閉弁
２９ｂ 第２開閉弁
３０ 逆止弁
６７ 第一液分管
６８ 第二液分管
６９ バイパス管
７３ 吐出温度センサ
３００ 弁動作テーブル

Claims (3)

1. 圧縮機と、室内熱交換器と、第１開閉弁と、第１膨張弁と、室外熱交換器とで形成される冷媒回路と、
   前記第１開閉弁に並列に配置され、第２開閉弁と、気液分離器と、逆止弁とで形成される迂回路と、
   前記第１開閉弁および前記第２開閉弁の開閉を行う制御手段と、を有し、
   暖房運転時は、前記第１開閉弁が開かれるとともに前記第２開閉弁が閉じられて、前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記第１開閉弁、前記第１膨張弁、前記室外熱交換器の順で冷媒が流れ、
   冷房運転時あるいは除霜運転時は、前記第１開閉弁が閉じられるとともに前記第２開閉弁が開かれて、前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記第１膨張弁、前記第２開閉弁、前記気液分離器、前記逆止弁、前記室内熱交換器の順で冷媒が流れる、
   空気調和機であって、
   前記制御手段は、
   前記暖房運転を中断して前記除霜運転を行い、同除霜運転が終了した時点から、前記圧縮機を駆動させたまま前記第１開閉弁と前記第２開閉弁をともに閉じた状態を所定時間継続させる、
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御手段は、
   前記所定時間が経過した後に前記第１開閉弁を開き、前記暖房運転を再開するまで前記第１開閉弁が開いた状態を維持する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 第２膨張弁を備え前記気液分離器から前記圧縮機へと冷媒を導くバイパス路を有し、
   前記制御手段は、
   前記除霜運転を開始した時点から前記暖房運転を再開するまでの間、前記第１膨張弁の開度と前記第２膨張弁の開度をともに全開とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。

Images