JP4864113B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルによる空気調和機に係り、より詳しくは、着霜を伴うような条件下での暖房運転時においても、室内側で暖房運転を継続しながら、同時に除霜運転を行うことができる空気調和機に関するものである。

室内側で暖房運転を継続しながら同時に除霜運転を行うことができる空気調和機に、室外熱交換器を上下方向に複数に分割し、その室外熱交換器のそれぞれの一端を独立に圧縮機の吐出配管もしくは吸入配管に切り替えることができるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、室内側で暖房運転を継続しながら同時に除霜運転を行うことができる空気調和機に、左右に２分割された室外側熱交換器のそれぞれに送風機を配置するとともに、それぞれの風路を仕切り板によって分割したものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、頻繁に除霜運転を行うような寒冷地域では降雪量も多く、空気調和機の室外ユニットの吹出口や吸込み口に防雪フードが設置されることが多い。この防雪フードにダンパーを取り付けて除霜運転時に風路を遮断し、除霜を行うものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開平９−３１８２０６号公報（第６頁、図１） 特許第２９９７５０４号公報（第５頁、第２図） 実開昭５８−８０７５号公報（第１頁、第１図）

特許文献１の空気調和機は、蒸発器として機能する室外熱交換器と除霜運転する室外熱交換器とが同一風路に置かれているので、除霜中に凝縮器となる側の室外熱交換器から外気への放熱が大きく、このため、室内側で必要な暖房能力が低下する。また、放熱を抑制しようとして室外熱交換器への送風を停止すると、蒸発器となる側の熱交換量が失われるので、暖房能力が低下してしまう。

特許文献２の空気調和機は、除霜側の室外熱交換器と蒸発器となる室外熱交換器の風路が分かれているので、除霜側の室外熱交換器の送風を停止して外気への凝縮熱放散を抑制することができるが、室外熱交換器を分割した数だけ送風機が必要となり、製品コストが増大する。蒸発器においても、室外熱交換器をすべて蒸発器として運転する場合よりも送風機台数が減少するので、外気からの採熱量も低下する。

特許文献３の空気調和機の防雪フードは、ダンパーを取り付けて風路を遮断することにより除霜を行うことができるけれども、室内側で暖房運転を継続しながら同時に除霜運転を行う空気調和機では、除霜運転する際、通風を遮蔽して外気への凝縮熱の放出を防止することができるが、蒸発器となる側の熱交換量も失われるので、暖房能力が低下してしまう。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、暖房運転を継続しながら除霜運転をする際に、凝縮器となる除霜側熱交換器から外気への放熱を抑制し、同時に蒸発器となる熱交換器の熱交換量を失うことがなく、高い暖房能力を維持して快適な暖房空間を形成することができる空気調和機を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器及び送風手段を有する室外ユニットと、室内熱交換器及び送風手段を有する室内ユニットとを備え、室外熱交換器は複数に分割され、分割された室外熱交換器の一方の側にそれぞれ減圧手段が設けられ、他方の側に室外熱交換器を圧縮機の吐出側又は吸入側に選択的に連通させるための流路切替手段がそれぞれ設けられ、複数に分割された室外熱交換器の吸込み側には駆動手段により駆動されて風路を遮蔽又は開放する風路遮蔽手段をそれぞれ設け、かつこれら風路遮蔽手段の駆動手段には、それぞれの室外熱交換器が圧縮機の吐出側に連通されているか吸入側に連通されているかを検知するための温度を検出する温度センサを備え、温度センサの検知結果に基づいて駆動手段により風路遮蔽手段が駆動されるものである。

本発明に係る空気調和機によれば、室内熱交換器を凝縮器としたままで室外熱交換器の一部を凝縮器として除霜運転する際、その除霜中の室外熱交換器への通風のみを対応する風路遮蔽手段によって遮蔽することができるので、外気への凝縮熱の放出を防止することができる。また、この除霜中の室外熱交換器側の風路遮蔽によって、蒸発器として機能している側の室外熱交換器の通風量が増大するため、暖房能力の低下を抑制することができる。さらに、それぞれの風路遮蔽手段の駆動手段に備えた温度センサによって、対応する室外熱交換器が圧縮機の吐出側に連通されているか吸入側に連通されているかを検知するための温度を検出することができ、温度センサの検知結果に基づいて対応する駆動手段により自律的に対応する風路遮蔽手段が駆動されるので、室外熱交換器と圧縮機との連通態様に応じた開閉制御を行う必要がなく、空気調和機としても汎用化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図である。 実施の形態に係る室外ユニットの斜視図、及びその要部の斜視図である。 実施の形態に係る空気調和機の暖房運転状態を示す説明図である。 実施の形態に係る空気調和機の第１の除霜運転状態を示す説明図である。 実施の形態に係る空気調和機の第２の除霜運転状態を示す説明図である。

本発明の一実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路を示す図１において、室外ユニット１と室内ユニット２は、接続配管であるガス管３および液管４により接続されて閉回路を形成しており、この閉回路には冷媒としてＲ４１０Ａが封入されている。

そして、室外ユニット１には、圧縮機５と、一方の側に室内ユニット２の液管４に接続される第１、第２の室外膨張弁７ａ、７ｂ（減圧手段）がそれぞれ設けられた第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂと、この第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂの他方の側（第１、第２の室外膨張弁７ａ、７ｂの反対側）にそれぞれ並列接続された第１の高圧側切替弁８ａと第１の低圧側切替弁９ａ、及び第２の高圧側切替弁８ｂと第２の低圧側切替弁９ｂが設置されている。
また、ガス管３と圧縮機５との間には、第１、第２の高圧側切替弁８ａ、８ｂが接続された第３の高圧側切替弁８ｃと、第１、第２の低圧側切替弁９ａ、９ｂが接続された第３の低圧側切替弁９ｃとが並列接続されている。

また、室内ユニット２には、室内熱交換器１１が設置され、一方の側はガス管３に接続され、他方の側は室内膨張弁１２を介して液管４に接続されている。
なお、１０は第１、第２の室外側熱交換器６ａ、６ｂに送風する室外送風機であり、１３は室内熱交換器１１に送風する室内送風機で、それぞれ室内及び室外の空気との熱交換を促進、調整する。

このように、冷媒回路の室外ユニット１は、圧縮機５に、それぞれ第１の高圧側切替弁８ａと第１の低圧側切替弁９ａが併設された第１の室外熱交換器６ａと、第２の高圧側切替弁８ｂと第２の低圧側切替弁９ｂが併設された第２の室外熱交換器６ｂとを接続したもので、これにより第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂと、室内熱交換器１１とは、それぞれ独立して圧縮機５の吐出側に連通するか、吸入側に連通するかを選択することができる。

次に、このように構成された空気調和機の暖房運転時の動作について詳述する。
なお、本発明は、室内熱交換器を凝縮器としたままで室外熱交換器の一部を凝縮器として除霜運転する際、その除霜中の室外熱交換器への通風のみを遮断するようにしたものであり、従って、以下においては、暖房運転時の動作についてのみ説明する。
暖房運転時においては第３の高圧側切替弁８ｃが開放され、室内熱交換器１１は高圧、すなわち凝縮器として作用する。一方、第１、第２の室外側熱交換器６ａ、６ｂは、第１、第２の低圧側切替弁９ａ、９ｂが開放されて蒸発器として作用する。このとき、第３の低圧側切替弁９ｃ、及び第１、第２の高圧側切替弁８ａ、８ｂは閉じられている。

圧縮機５から吐出された高温高圧のガス冷媒は、矢印で示すように、第３の高圧側切替弁８ｃ、ガス管３を経て室内ユニット２に流入し、室内熱交換器１１により室内空気を加熱する。そして、室内熱交換器１１の冷媒は凝縮して高圧液冷媒となり、電動膨張弁１２で若干減圧されながら液管４を通って室外ユニット１へ戻る。次いで、室外膨張弁７ａ、７ｂで減圧されて低圧二相状態となり、第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂで外気から採熱しながら蒸発し、第１、第２の低圧側切替弁９ａ、９ｂを通り、低圧ガス冷媒となって再び圧縮機５に吸入される。

この暖房運転において、外気が低温で蒸発温度が０℃を下回るような場合、蒸発器として動作している第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂに着霜が生じる。第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂの表面で霜が成長すると通風抵抗となって通風量を低下させ、また、空気と冷媒間の伝熱抵抗となって蒸発温度が低下してしまう。このため、このような着霜を伴う条件下では、通常、後述するように、所定の間隔で除霜運転が行われる。

次に、空気調和機の室外ユニット１について図２を用いて説明する。
室外ユニット１はその前面の上下に第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂを配置し、前面の吸込口から室外空気を吸い込む。そして、吸込口２０から吸い込まれて第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂを通過した空気は、上面に設けた送風機１０から上方に吹き出すようになっている。

この第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂは、積雪期間のある寒冷地域においては雪や氷で閉塞しないように、風路の吹出側に防雪フード２１が設けられ、吸込側に第１、第２の防雪フード２２ａ、２２ｂが設けられている。この第１、第２の防雪フード２２ａ、２２ｂは上下に分割された第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂに併せて配置されており、上部に位置する第１の室外熱交換器６ａには第１の防雪フード２２ａが対応し、下部に位置する第２の室外熱交換器６ｂには第２の防雪フード２２ｂが対応している。そして、第１の防雪フード２２ａの吸込口には第１の可動ダンパー２３ａ（風路遮断手段）が配設され、第２の防雪フード２２ｂの吸込口には第２の可動ダンパー２３ｂ（風路遮断手段）が配設されて、これらの可動ダンパー２３ａ、２３ｂによって通風路の開放と閉塞を制御できるようになっている。
また、室外ユニット１は積雪による風路閉塞を回避するため、地面から所定高さを有する室外ユニット架台２４に載せられて設置されている。

このようにして設置された空気調和機の除霜運転について、図３〜図５を用いて説明する。
図３は分割された第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂの両方が蒸発器となる場合の通常の暖房運転の状態を示している（冷媒の流れは実線方向）。このとき、第３の高圧側切替弁８ｃは開放されており、このため室内熱交換器１１は凝縮器となり、室内を暖房している。なお、第３の低圧側切替弁９ｃは閉止している。そして、以下に説明する除霜運転中も、室内熱交換器１１は、常時、凝縮器となっている。室外ユニット１では、第１、第２の高圧側切替弁８ａ、８ｂが閉止し、第１、第２の低圧側切替弁９ａ、９ｂが開放されており、このため第１、第２の室外熱交換６ａ、６ｂはともに蒸発器として機能している。このとき、第１、第２の可動ダンパー２３ａ、２３ｂは開放されている。
このような運転中に、例えば外気温度と蒸発温度との温度差が拡大するなどの情報から多量の着霜があると判定されると、第１の除霜運転を開始する。

図４は第１の除霜運転中の動作を示す。
第１の除霜運転では、まず、第１の室外熱交換器６ａを低圧から高圧に、すなわち、第１の低圧側切替弁９ａを閉止して第１の高圧側切替弁８ａを開放する。なお、図３の場合と同様に、第３の高圧側切替弁８ｃは開放され、第３の低圧側切替弁９ｃは閉止されている。これにより、圧縮機３が吐出する高温ガスの一部が第１の室外熱交換器６ａに流入し（冷媒の一部の流れは破線矢印方向）、その表面に付着している霜を融解させる。

このとき、第２の室外熱交換器６ｂは依然として蒸発器として機能している。すなわち、第２の高圧側切替弁８ｂは閉止され、第２の低圧側切替弁９ｂは開放されたままなので、送風機１０も運転したままである。このとき、除霜運転を行っている第１の室外熱交換器６ａにも通風されると、凝縮熱が外気に奪われてしまい、凝縮圧力が低下してしまう。このため、除霜運転を行っている第１の室外熱交換器６ａ側の可動ダンパー２３ａのみを閉止する。

このようにして運転すると、凝縮器となる第１の室外熱交換器６ａでは確実に除霜することができ、一方、蒸発器のままである第２の室外熱交換器６ｂには、送風機１０が発生させる風量すべてが通風されることとなり、蒸発能力が増大して暖房能力の低下を抑制することができる。

第１の除霜運転では、第１の室外熱交換器６ａの出口側、すなわち室外膨張弁７ａ付近の温度が例えば１０℃以上となるなど、除霜終了を判定できる情報により、引き続き、第２の除霜運転を行う。

図５は第２の除霜運転中の動作を示す。
第２の除霜運転では、第２の室外熱交換器６ｂの除霜を行う。このとき、第１の高圧側切替弁８ａを閉止し、第１の低圧側切替弁９ａを開放して第１の室外熱交換器６ａを蒸発器とし、また、第２の高圧側切替弁８ｂを開放し、第２の低圧側切替弁９ｂを閉止して、第２の室外熱交換器６ｂを凝縮器とする。なお、図４の場合と同様に、第３の高圧側切替弁８ｃは開放され、第３の低圧側切替弁９ｃは閉止されている。これにより、圧縮機５が吐出する高温ガスの一部が第２の室外熱交換器６ｂに流入し（冷媒の一部の流れは破線矢印方向）、その表面に付着している霜を融解させる。

このとき、第１の室外熱交換器６ａは蒸発器として機能している。すなわち、第１の高圧側切替弁８ａは閉止され、第１の低圧側切替弁９ａは開放されるので、送風機１０も運転したままである。

風路についても、第１の可動ダンパー２３ａを開放し、第２の可動ダンパー２３ｂを遮蔽する。この切替によって、除霜中の第２の室外熱交換器６ｂに通風されることがなく、凝縮熱が外気に奪われることがない。また、蒸発器となる第１の室外熱交換器６ａには送風機１０が発生する風量がすべて通過するので、蒸発熱量の低下を抑制することができる。

なお、図示していないが、第１、第２の可動ダンパー２３ａ、２３ｂの駆動装置には夫々温度センサが設けられており、その風路にある第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂは凝縮器であるのか蒸発器であるのかを判定し、凝縮器である場合にはそれに対応する第１、第２のダンパー２３ａ、２３ｂを閉止させる。

このようにして、第１、第２の防雪フード２２ａ、２２ｂの各々が、自律的にその風路を受け持つ第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂが除霜であるかどうかを判断することで、室外ユニット１が防雪フードの開閉制御を行う必要がなく、空気調和機としても汎用化を図ることができる。

なお、上記の説明では、室外側熱交換器を第１、第２の室外熱交換器６ａ、６ｂの２つに分割して並設した場合について説明したが、室外熱交換器６を３つまたはそれ以上の数に分割して並設し、これに対応してそれぞれ可動ダンパー２３（風路遮断手段）を設けるようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る空気調和機は、室内熱交換器１１を凝縮器としたままで室外熱交換器６の一部を凝縮器として除霜運転する際、外気への凝縮熱の放出を防止することができる。また、蒸発器として機能している側の室外熱交換器６の通風量が増大するため、暖房能力の低下を抑制することができる。

１ 室外ユニット、２ 室内ユニット、３ ガス管、４ 液管、５ 圧縮機、６ａ 第１の室外熱交換器、６ｂ 第２の室外熱交換器、７ａ 第１の室外膨張弁（減圧手段）、７ｂ 第２の室外膨張弁（減圧手段）、８ａ 第１の高圧側切替弁（流路切替手段）、８ｂ 第２の高圧側切替弁（流路切替手段）、８ｃ 第３の高圧側切替弁（流路切替手段）、９ａ 第１の低圧側切替弁（流路切替手段）、９ｂ 第２の低圧側切替弁（流路切替手段）、９ｃ 第３の低圧側切替弁（流路切替手段）、１０ 室外送風機（送風手段）、１１ 室内熱交換器、１２ 室内膨張弁、１３ 室内送風機（送風手段）、２１ 吹出側の防雪フード、２２ａ 第１の吸込側の防雪フード、２２ｂ 第２の吸込側の防雪フード、２３ａ 第１の可動ダンパー（風路遮断手段）、２３ｂ 第２の可動ダンパー（風路遮断手段）、２４ 室外ユニット架台。

Claims (7)

1. 圧縮機、室外熱交換器及び送風手段を有する室外ユニットと、室内熱交換器及び送風手段を有する室内ユニットとを備え、
   前記室外熱交換器は複数に分割され、該分割された室外熱交換器の一方の側にそれぞれ減圧手段が設けられ、他方の側に前記室外熱交換器を前記圧縮機の吐出側又は吸入側に選択的に連通させるための流路切替手段がそれぞれ設けられ、
   前記複数に分割された室外熱交換器の吸込み側には駆動手段により駆動されて風路を遮蔽又は開放する風路遮蔽手段をそれぞれ設け、かつこれら風路遮蔽手段の前記駆動手段には、前記それぞれの室外熱交換器が前記圧縮機の吐出側に連通されているか吸入側に連通されているかを検知するための温度を検出する温度センサを備え、
   前記温度センサの検知結果に基づいて前記駆動手段により前記風路遮蔽手段が駆動されることを特徴とする空気調和機。
2. 前記風路遮蔽手段は、前記複数の室外熱交換器のそれぞれの吸込み側に取り付けられて前記駆動手段により駆動される可動ダンパーであることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記複数の室外熱交換器のそれぞれの吸込み側に防雪フードを設け、該防雪フードに前記可動ダンパーを取り付けたことを特徴とする請求項２記載の空気調和機。
4. 前記室外ユニットの送風手段の数が、前記複数に分割された室外熱交換器の数より少ないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。
5. 前記室外熱交換器が２分割され、前記送風手段が１台からなることを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
6. 前記温度センサにより、前記複数に分割された室外熱交換器のいずれかが前記圧縮機の吐出側に連通されて凝縮器として作動することが検知されたときは、前記風路遮蔽手段は凝縮器として作動する室外熱交換器の風路を遮蔽することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気調和機。
7. 前記温度センサにより、前記複数に分割された室外熱交換器のいずれかが、前記圧縮機の吐出側に連通されて凝縮器として作動することが検知されたときは、前記風路遮蔽手段により凝縮器として作動する室外熱交換器の風路を遮蔽し、前記圧縮機の吸入側に連通されて蒸発器として作動することが検知されたときは、前記風路遮蔽手段により蒸発器として作動する室外熱交換器の風路を開放することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気調和機。

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