JP5445570B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱材の蓄熱で熱交換を行う蓄熱熱交換器とを備えた空気調和機に関する。
従来、ヒートポンプ式空気調和機による暖房運転時、室外熱交換器に着霜した場合には、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ことから暖房感が失われるという欠点がある。
そこで、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱装置を設け、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えられた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−３１６６６号公報
しかしながら、前記従来の技術では、圧縮機の排熱を蓄えて利用しているが、まだ、無駄な熱源を有効的に利用するという観点からは未だ改善の余地があった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ運転を行うことができる空気調和機を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽とを有する空気調和機であって、室内熱交換器と膨張弁との間と、四方弁と圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、膨張弁と室外熱交換器との間と、圧縮機の吐出口と四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、蓄熱バイパス回路に蓄熱二方弁と、リアクタの排熱を蓄積して放熱するリアクタ加熱器とを備え、蓄熱熱交換器と直列にリアクタ加熱器を配置したことにより、リアクタの排熱も有効的に利用することができ、暖房運転を継続しながら除霜運転を実施することができる。
本発明は、ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ運転を行うことができる空気調和機を提供することができる。
本発明の実施の形態１における空気調和機の外観斜視図
第１の発明の空気調和機は、暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽とを有する空気調和機であって、室内熱交換器と膨張弁との間と、四方弁と圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、膨張弁と室外熱交換器との間と、圧縮機の吐出口と四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、蓄熱バイパス回路に蓄熱二方弁と、リアクタの排熱を蓄積して放熱するリアクタ加熱器と、蓄熱槽の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段と、リアクタ加熱器に冷媒を流す流路を開閉するリアクタ加熱二方弁と、蓄熱熱交換器の出口と圧縮機の吸入側とをバイパスするリアクタ加熱バイパス回路とを備え、蓄熱熱交換器と直列にリアクタ加熱器を配置し、リアクタ加熱バイパス回路にリアクタ加熱二方弁と、リアクタ加熱器とを
配置し、蓄熱槽温度検出手段で所定の温度よりも下側の温度を検出した場合は、リアクタ加熱二方弁を開くようにしたことにより、リアクタの排熱も有効的に利用することができ、暖房運転を継続しながら除霜運転を実施することができる。また、暖房運転をしながら除霜運転が可能な時間を延ばすことができるため、確実に除霜運転を行うことができる。
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、この実施の形態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、本発明に係る冷凍サイクル装置である空気調和機の構成を示しており、空気調和機は、冷媒配管で互いに接続された室外機２と室内機４とで構成されている。
図１に示されるように、室外機２の内部には、圧縮機６と四方弁８とストレーナ１０と膨張弁１２と室外熱交換器１４とが設けられ、室内機４の内部には、室内熱交換器１６が設けられ、これらは冷媒配管を介して互いに接続されることで冷凍サイクルを構成している。
さらに詳述すると、圧縮機６と室内熱交換器１６は、四方弁８が設けられた冷媒配管１８を介して接続され、室内熱交換器１６と膨張弁１２は、ストレーナ１０が設けられた冷媒配管２０を介して接続されている。また、膨張弁１２と室外熱交換器１４は冷媒配管２２を介して接続され、室外熱交換器１４と圧縮機６は冷媒配管２４を介して接続されている。
冷媒配管２４の中間部には四方弁８が配置されており、圧縮機６の冷媒吸入側における冷媒配管２４には、液相冷媒と気相冷媒を分離するためのアキュームレータ２６が設けられている。また、圧縮機６と冷媒配管２２は、冷媒配管２８を介して接続されており、冷媒配管２８には除霜二方弁（例えば、電磁弁）３０が設けられている。
さらに、圧縮機６の周囲には蓄熱槽３２が設けられ、蓄熱槽３２の内部には、蓄熱熱交換器３４が設けられるとともに、蓄熱熱交換器３４と熱交換するための蓄熱材（例えば、エチレングリコール水溶液）３６が充填されており、蓄熱槽３２と蓄熱熱交換器３４と蓄熱材３６とで蓄熱装置を構成している。
また、冷媒配管２０と蓄熱熱交換器３４は冷媒配管３８を介して接続され、蓄熱熱交換器３４と冷媒配管２４は冷媒配管４０を介して接続されており、冷媒配管３８には蓄熱二方弁（例えば、電磁弁）４２が設けられている。
室内機４の内部には、室内熱交換器１６に加えて、室内送風ファン１６ａと上下羽根（図示せず）と左右羽根（図示せず）とが設けられており、室内熱交換器１６は、送風ファ
ンにより室内機４の内部に吸込まれた室内空気と、室内熱交換器１６の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に吹き出す一方、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に吹き出す。上下羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて上下に変更し、左右羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて左右に変更する。
また、室外熱交換器１４には、暖房運転時の冷媒入口温度及び冷媒出口温度をそれぞれ検出する室外熱交換器入口温度検出手段４４と室外熱交換器出口温度検出手段４６が設けられ、室内熱交換器１６には、室内熱交換器１６の温度を検出する室内熱交換器温度検出手段４８が設けられている。さらに、蓄熱槽３２には、蓄熱槽３２の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段５０が設けられており、室外機２には、外気温度を検出する外気温度検出手段５２が設けられている。
なお、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２、除霜二方弁３０、蓄熱二方弁４２、室外熱交換器入口温度検出手段４４、室外熱交換器出口温度検出手段４６、室内熱交換器温度検出手段４８、蓄熱槽温度検出手段５０、外気温度検出手段５２等はコントローラ５４（例えば、マイコン）に電気的に接続され、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２の運転あるいは動作は、コントローラ５４からの制御信号に基づいて制御されるとともに、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２はコントローラ５４からの制御信号に基づいて開閉制御される。
上記構成の本発明に係る冷凍サイクル装置において、各部品の相互の接続関係と機能とを、暖房運転時の場合を例にとり冷媒の流れとともに説明する。
圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、冷媒配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６へと至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て冷媒配管２０を通り、膨張弁１２への異物侵入を防止するストレーナ１０を通って、膨張弁１２に至る。膨張弁１２で減圧した冷媒は、冷媒配管２２を通って室外熱交換器１４に至り、室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、冷媒配管２４と四方弁８とアキュームレータ２６を通って圧縮機６の吸入口へと戻る。
また、冷媒配管１８の圧縮機６吐出口と四方弁８の間から分岐した冷媒配管２８は、除霜二方弁３０を介して冷媒配管２２の膨張弁１２と室外熱交換器１４の間に合流している。
さらに、内部に蓄熱材３６と蓄熱熱交換器３４を収納した蓄熱槽３２は、圧縮機６に接して取り囲むように配置され、圧縮機６で発生した熱を蓄熱材３６に蓄積し、冷媒配管２０から室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分岐した冷媒配管３８は、蓄熱二方弁４２を経て蓄熱熱交換器３４の入口へと至り、蓄熱熱交換器３４の出口から出た冷媒配管４０は、冷媒配管２４における四方弁８とアキュームレータ２６の間に合流する。
次に、通常暖房時の動作を説明する。通常暖房運転時、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２は閉弁しており、上述したように圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、冷媒配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６に至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て、冷媒配管２０を通り膨張弁１２に至り、膨張弁１２で減圧した冷媒は、冷媒配管２２を通って室外熱交換器１４に至る。室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、冷媒配管２４を通って四方弁８から圧縮機６の吸入口へと戻る。
また、圧縮機６で発生した熱は、圧縮機６の外壁から蓄熱槽３２の外壁を介して蓄熱槽
３２の内部に収容された蓄熱材３６に蓄積される。
次に、除霜運転を行いながら暖房運転を行う除霜・暖房時の動作を説明する。
上述した通常暖房運転中に室外熱交換器１４に着霜し、着霜した霜が成長すると、室外熱交換器１４の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器１４内の蒸発温度が低下する。本発明に係る冷凍サイクル装置である空気調和機には、図１に示されるように、暖房運転時における室外熱交換器１４の冷媒入口温度を検出する室外熱交換器入口温度検出手段４４が設けられており、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを室外熱交換器入口温度検出手段４４で検出すると、コントローラ５４から通常暖房運転から除霜・暖房運転への指示が出力される。
通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行すると、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２は開制御され、上述した通常暖房運転時の冷媒の流れに加え、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒の一部は冷媒配管２８と除霜二方弁３０を通り、冷媒配管２２を通る冷媒に合流して、室外熱交換器１４を加熱し、凝縮して液相化した後、冷媒配管２４を通って四方弁８とアキュームレータ２６を介して圧縮機６の吸入口へと戻る。
なお、膨張弁１２と室外熱交換器１４との間と、圧縮機６の吐出口と四方弁８との間を接続する冷媒配管２８は、室外熱交換器１４を加熱して除霜を行うための気相冷媒が通過することから、除霜バイパス回路ということもできる。
また、冷媒配管２０における室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分流した液相冷媒の一部は、冷媒配管３８と蓄熱二方弁４２を経て、蓄熱熱交換器３４で蓄熱材３６から吸熱し蒸発、気相化して、冷媒配管４０を通って冷媒配管２４を通る冷媒に合流し、アキュームレータ２６から圧縮機６の吸入口へと戻る。
なお、室内熱交換器１６と膨張弁１２との間と、四方弁８と圧縮機６の吸入口との間を接続する冷媒配管３８及び冷媒配管４０は、蓄熱熱交換器３４を通過して蓄熱材３６から吸熱することから、これら二つの冷媒配管３８，４０を蓄熱バイパス回路ということもできる。
アキュームレータ２６に戻る冷媒には、室外熱交換器１４から戻ってくる液相冷媒が含まれているが、これに蓄熱熱交換器３４から戻ってくる高温の気相冷媒を混合することで、液相冷媒の蒸発が促され、アキュームレータ２６を通過して液相冷媒が圧縮機６に戻ることがなくなり、圧縮機６の信頼性の向上を図ることができる。
除霜・暖房開始時に霜の付着により氷点下となった室外熱交換器１４の温度は、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒によって加熱されて、零度付近で霜が融解し、霜の融解が終わると、室外熱交換器１４の温度は再び上昇し始める。この室外熱交換器１４の温度上昇を室外熱交換器出口温度検出手段４６で検出すると、除霜が完了したと判断し、コントローラ５４から除霜・暖房運転から通常暖房運転への指示が出力される。
また、本実施の形態では、冷媒配管４０にバイパスするようにリアクタ加熱バイパス回路６０を備え、リアクタ加熱バイパス回路６０に、リアクタから放熱された熱を蓄え冷媒に放熱するリアクタ加熱器６１と、リアクタ加熱バイパス回路６０に冷媒を流すために開閉を行うリアクタ加熱二方弁６２とを備える。
そして、除霜・暖房運転時に、蓄熱槽温度検出手段５０で検出する温度が所定の温度よりも下回った場合には、リアクタ加熱二方弁６２を開き、冷媒を流す。このように構成す
ることによって、リアクタの排熱を冷媒に与えることができるため、蓄熱槽の温度が低下しても、さらに除霜運転を継続しながら暖房運転を実施することができる。
以上のように、本実施の形態の空気調和機は、ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ運転を実現することができる。
本発明に係る空気調和機は、蓄熱装置内の有限の蓄熱量を用いて効率的な除霜運転を行うことができるので、冬季に着霜のおそれがある他の冷凍サイクル装置にも有効利用することができる。
６ 圧縮機
８ 四方弁
１２ 膨張弁
１４ 室外熱交換器
１６ 室内熱交換器
３２ 蓄熱槽
６０ リアクタ加熱バイパス回路
６１ リアクタ加熱器
６２ リアクタ加熱二方弁

Claims (1)

  1. 暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、前記四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽とを有する空気調和機であって、前記室内熱交換器と前記膨張弁との間と、前記四方弁と前記圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間と、前記圧縮機の吐出口と前記四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、前記蓄熱バイパス回路に蓄熱二方弁と、リアクタの排熱を蓄積して放熱するリアクタ加熱器と、前記蓄熱槽の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段と、前記リアクタ加熱器に冷媒を流す流路を開閉するリアクタ加熱二方弁と、前記蓄熱熱交換器の出口と前記圧縮機の吸入側とをバイパスするリアクタ加熱バイパス回路とを備え、前記蓄熱熱交換器と直列に前記リアクタ加熱器を配置し、前記リアクタ加熱バイパス回路に前記リアクタ加熱二方弁と、前記リアクタ加熱器とを配置し、前記蓄熱槽温度検出手段で所定の温度よりも下側の温度を検出した場合は、前記リアクタ加熱二方弁を開くことを特徴とする空気調和機。
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