JP6039871B2

JP6039871B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6039871B2
Application number: JP2013143724A
Authority: JP
Inventors: 俊和中倉; 正巳山口
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP2015017724A

Description

この発明は、夏期には冷媒循環による冷房運転を、冬期には冷媒循環による暖房運転と床暖房等の温水循環による温水暖房運転を同時に行う空気調和機に関するものである。

従来の空気調和機では、室外機を水平仕切板で上下に分割し、この仕切板の下部に冷凍回路室を、上部に温水回路室を形成し、前記冷凍回路室には圧縮機、膨張弁、蒸発器、送風ファン等を備え、前記温水回路室には水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプと温水ヘッダーを備え、この温水ヘッダーと室内熱交換器を備えた室内機を温水連絡配管にて接続し、前記圧縮機、水−冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器等を接続して冷媒循環回路を形成し、前記水−冷媒熱交換器、温水タンク、循環ポンプ、温水連絡配管、室内熱交換器を接続して温水循環回路を形成し、前記冷媒循環回路にて蒸発器から汲み上げた熱を、水−冷媒熱交換器で温水循環経路に伝達し、前記室内熱交換器にて室内へ放熱して暖房を行うヒートポンプ式温水暖房装置に於いて、前記蒸発器をフィンチューブ式の熱交換器で形成し、前記水−冷媒熱交換器と膨張弁の間の冷媒循環回路に放熱器を前記蒸発器と一体に設けると共に、前記放熱器を蒸発器の風下側下端に位置させたことによって、暖房運転時の除霜運転で霜の溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができる。
また、吐出圧力の上昇を抑え、圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できるものだった。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１０-１４４９６５号公報

この従来例のヒートポンプ式温水暖房装置の室外熱交換器は、暖房運転では圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できるものだったが、冷房運転を行うことができなかった。また、この冷凍回路を利用して、水−冷媒熱交換器に並列に室内熱交換器を接続して、夏期には冷却された室内熱交換器からの冷風によって室内の冷房運転を行い、冬期には加熱された室内熱交換器からの温風による暖房運転と、水−冷媒熱交換器を経由した温水回路からの温水で行う床暖房運転と、前記温風による暖房運転と熱交換温水で行う床暖房運転を同時に行う併用暖房運転が行うことができるが、室内熱交換器を通過する冷媒量と水−冷媒熱交換器を通過する冷媒量を適確に調整する必要があった。

この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、特にその構成を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器等を冷媒配管で連結して冷凍回路を構成し、前記室内熱交換器と並列に水−冷媒熱交換器を接続し、この水−冷媒熱交換器と温水タンク、循環ポンプと床暖房等の暖房用熱交換器を温水配管で接続して温水回路を形成し、前記冷凍回路の切換によって室内機での冷房運転や暖房運転を行い、前記温水回路によって床暖房等の温水暖房を行う空気調和機に於いて、前記室外熱交換器は上部冷媒流路と下部冷媒流路の２つの冷媒流路を設け、前記冷凍回路は四方弁と室内熱交換器の間に二方弁Ｃを、前記室内熱交換器と下部冷媒流路の間に膨張弁Ｂを、前記水−冷媒熱交換器と下部冷媒流路の間に膨張弁Ａを、前記上部冷媒流路と下部冷媒流路を接続する冷媒配管に膨張弁Ｄを、この膨張弁Ｄと上部冷媒流路の間の冷媒配管と圧縮機と四方弁の間の冷媒配管をバイパス管せ接続し、このバイパス管を開閉する二方弁Ｅを設け、冷房運転では前記四方弁を冷房側に、膨張弁Ａは全閉に、膨張弁Ｂは冷房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは全開に、二方弁Ｅは閉じることで、室内機にて冷房運転を行い、室内機単独の暖房運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは微開に、膨張弁Ｂは全開に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、室内機にて暖房運転を行い、床暖房単独の暖房運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは全開に、膨張弁Ｂは全閉に、二方弁Ｃは閉じ、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、床暖房運転を行い、室内機と床暖房の併用暖房運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは暖房能力に応じた開度に、膨張弁Ｂも暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、室内機と床暖房の併用暖房運転を行い、暖房運転での除霜運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは暖房能力に応じた開度に、膨張弁Ｂも暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは開くことで、室内機と床暖房の併用暖房運転を継続しながら除霜を行うものである。

この発明によれば、夏期には冷却された室内熱交換器からの冷風によって室内の冷房運転を行い、冬期には加熱された室内熱交換器からの温風による暖房運転と、水−冷媒熱交換器を経由した温水回路からの温水で行う床暖房運転と、前記温風による暖房運転と熱交換温水で行う床暖房運転を同時に行う併用暖房運転が行い、室内熱交換器を通過する冷媒量と水−冷媒熱交換器を通過する冷媒量を適確に調整することができ、暖房運転時の除霜運転では暖房運転および床暖房運転を停止する必要がなく、極端な室温低下を防止することができる。また、室内機の単独暖房運転時には膨張弁Ａが少しだけ開くことで水−冷媒熱交換器に冷媒が溜まり込み、冷凍回路内を循環する冷媒量が減少することで冷凍回路内のバランスが崩れて能力不足等の不具合が発生することを防止できるものである。

この発明一実施例の概略説明図。同弁装置類の動作説明図。

次に、この発明に係る空気調和機を図面に示された一実施例で説明する。
１は空気調和機の室外機で、水平仕切板２にて上下２室に分けられ、下部には冷凍回路室３を、上部には温水回路室４を備え、冷媒連絡配管５によって室内機６と、温水連絡配管７によって床暖房パネル８と接続されている。
前記冷凍回路室３の内部には圧縮機９、四方弁１０、室外熱交換器１１、各種弁装置１２、送風ファン１３と冷凍回路制御部１４等を設けている。
前記温水回路室４の内部には、水−冷媒熱交換器１５、補助ヒータ１６、温水タンク１７、循環ポンプ１８、温水ヘッダー１９と温水回路制御部２０等を設けている。
前記室内機６内にはフィンチューブ式の室内熱交換器２１と室内送風ファン２２と室内制御部２３を備えている。

２４は前記圧縮機９と四方弁１０、水−冷媒熱交換器１５、各種弁装置１２、室外熱交換器１１を冷媒配管２５で連通した冷凍回路で、前記四方弁１０と水−冷媒熱交換器１５の間には水−冷媒熱交換器１５側と室内熱交換器２１側に冷媒を分岐する分岐管２６を、水−冷媒熱交換器１５と室外熱交換器１１の間にも同じく分岐管２７を設けている。
前記分岐管２６と分岐管２７は冷媒接続バルブ２８と前記冷媒連絡配管５を介して室内熱交換器２１と接続される。

前記室外熱交換器１１は多数の薄板状アルミニューム製フィンを銅管で貫通したフィンチューブ式の熱交換器で、冷媒流路を上下に分割し、上部冷媒流路２９は大きく、その下部に比較的小さな下部冷媒流路３０を設けている。

前記各種弁装置１２は膨張弁Ａ、膨張弁Ｂ、二方弁Ｃ、膨張弁Ｄ、二方弁Ｅの３個の膨張弁と２個の二方弁から成り、後述するそれぞれの位置に設けられている。
前記水−冷媒熱交換器１５と分岐管２７の間には膨張弁Ａを、前記分岐管２７と冷媒接続バルブ２８の間には膨張弁Ｂを、前記分岐管２６と冷媒接続バルブ２８の間には二方弁Ｃを、前記室外熱交換器１１の上部冷媒流路２９と下部冷媒流路３０を接続する接続管３１には膨張弁Ｄを設けている。

３２は前記圧縮機９と四方弁１０の間と、前記膨張弁Ｄと上部冷媒流路２９の間を接続するバイパス管で、このバイパス管３２に備えた二方弁Ｅによって暖房運転の除霜時に開放され、圧縮機１のホットガスが上部冷媒流路２９に送られるものである。

冷房運転では前記四方弁１０を冷房側に切換え、膨張弁Ａは全閉に、膨張弁Ｂは冷房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは全開に、二方弁Ｅは閉じることで、圧縮機１にて加圧され高温の冷媒は、四方弁１０、上部冷媒流路２９、膨張弁Ｄ、下部冷媒流路３０を通過することで放熱し、膨張弁Ｂで減圧し、室内熱交換器２１で低温になり室内送風ファン２２にて冷風を室内に送ることで冷房が行われる。

室内機単独の暖房運転では前記四方弁１０を暖房側に切換え、膨張弁Ａは微開に、膨張弁Ｂは全開に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、圧縮機１にて加圧され高温の冷媒は、四方弁１０、二方弁Ｃ、室内熱交換器２１で室内を加熱して暖房を行い、膨張弁Ｄは全開で通過し、下部冷媒流路３０を加熱した後、膨張弁Ｄで絞られて減圧することで低温になった冷媒が上部冷媒流路２９を低温にして空気から吸熱し圧縮機９へ送られる。ここでは、下部冷媒流路３０によって吐出圧力の上昇を抑えことができるので、圧縮機９の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる。また、除霜運転での溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができるものである。また、室内機の単独暖房運転時には膨張弁Ａが少しだけ開くことで水−冷媒熱交換器に冷媒が溜まり込み、冷凍回路内を循環する冷媒量が減少することで冷凍回路内のバランスが崩れて能力不足等の不具合が発生することを防止できるものである。

床暖房単独の暖房運転では前記四方弁１０を暖房側に、膨張弁Ａは全開に、膨張弁Ｂは全閉に、二方弁Ｃは閉じ、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、圧縮機１にて加圧され高温の冷媒は、四方弁１０、水−冷媒熱交換器１５で温水回路３３を加熱して床暖房パネル８による暖房を行うものである。

室内機と床暖房の併用暖房運転では前記四方弁１０を暖房側に、膨張弁Ａは暖房能力に応じた開度に、膨張弁Ｂも暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、室内機での暖房と床暖房の重要度や使用者の好みに応じて膨張弁Ａと膨張弁Ｂの開度を調整して室内機側と床暖房側の熱の分配量を調整した後、膨張弁Ｄによって上部冷媒流路２９にて適切な冷媒の蒸発が行われるように開度を調整する。

暖房運転での除霜運転では前記四方弁１０を暖房側に、膨張弁Ａは出力を下げた暖房能力の開度に、膨張弁Ｂも出力を下げた暖房能力の開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄも出力を下げた暖房能力の開度に、二方弁Ｅは開くことでバイパス管３２を通って圧縮機９から高温の冷媒が直接上部冷媒流路２９に流れて、室内機と床暖房の併用暖房運転を継続しながら除霜を行うことができるものである。

前記温水回路３３は水−冷媒熱交換器１５と補助ヒータ１６、温水タンク１７、循環ポンプ１８とを、前記温水ヘッダー１９と温水連絡配管７を介して床暖房パネル８に温水配管３４で連通した温水回路で、前記循環ポンプ１８と温水ヘッダー１９の間と、温水ヘッダー１９と水−冷媒熱交換器１５の間を温水バイパス回路３５で接続して温水の循環量を調整している。３６は温水接続バルブで、前記温水連絡配管７と床暖房パネル８を接続するものである。

前記室内熱交換器２１と水−冷媒熱交換器１５は冷凍回路２４に対して並列に接続されており、二つの膨張弁Ａ・Ｂと二方弁Ｃ、四方弁１０の切換で、冷房運転時には室内熱交換器２１側のみに冷媒を循環させて室内を冷房し、暖房運転時には室内熱交換器２１と水−冷媒熱交換器１５の両方に冷媒を循環させて室内機６では温風による暖房運転を、床暖房パネル８では温水循環による床暖房運転を同時又はどちらか一方のみで暖房運転を行うものである。

前記圧縮機９は冷凍回路制御部１４に備えたインバータ駆動回路（図示せず）にて必要な熱量に応じて多段階に回転数を変化するものである。
前記膨張弁Ａ・Ｂ・Ｄは電子式の膨張弁で圧縮機９の回転数や冷凍回路の各部温度等によって、冷凍回路制御部１４にて開度が制御され、前記二方弁Ｃ・Ｅは運転モードに応じて、同じく冷凍回路制御部１４にて開閉されるものである。
前記送風ファン１３は樹脂製のプロペラファンで、回転数可変の送風モータ（図示せず）によって回転し、前記室外熱交換器１１に送風して熱交換を行うものである。

前記室内機６は室内送風ファン２２の駆動で、前面及び上面に備えた吸込口（図示せず）から室内の空気を吸い込んで、前記室内熱交換器２１で熱交換した後、前面下部に備えた吹出口（図示せず）から室内へ温度調整された空気を送風するものである。
３７は室内機６と冷媒連絡配管５を接続する冷媒接続バルブである。

前記水−冷媒熱交換器１５は、外管の内部に内管を挿入した二重管で構成されている。内管の外表面は、多数のフィンを立設し、内管の内外における熱交換効率を高めるように構成されている。この二重管の内管内部を水が通過する温水経路（図示せず）とし、内管と外管との間を冷媒が通過する冷媒経路（図示せず）とすることにより、冷媒と水との間で熱交換して通過する水を加熱することが可能となる。

３８は前記圧縮機９吐出側の冷媒配管に取り付けられた吐出温センサで、圧縮機９の吐出温度を測定し、前記冷凍回路制御部１４へ信号を送る。３９は冷凍回路室３内の室外送風経路（図示せず）の上流側に設けられた外気温センサで、外気温を測定する。４０は前記室外熱交換器１１に取り付けられ室外熱交換器１１の温度を測定して、除霜運転を制御するための熱交センサである。４１は水−冷媒熱交換器１５の中程に取り付けられ、冷媒の温度を測定する冷媒中間センサである。

４２は前記水−冷媒熱交換器１５と補助ヒータ１６の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定する往き温水センサ。４３は前記補助ヒータ１６と温水タンク１７の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定するヒータ配管センサ。４４は床暖房パネル８と水−冷媒熱交換器１５の間の温水配管に取り付けられ配管温度を測定する戻り温水センサである。４５は補助ヒータ１６の過熱を検知する安全サーモで、補助ヒータ１６の上面に２つ取り付けられている。４６は室内空気の吸込側に設けた室温センサ。

このように、夏期には冷却された室内熱交換器からの冷風によって室内の冷房運転を行い、冬期には加熱された室内熱交換器からの温風による暖房運転と、水−冷媒熱交換器を経由した温水回路からの温水で行う床暖房運転と、前記温風による暖房運転と熱交換温水で行う床暖房運転を同時に行う併用暖房運転が行い、室内熱交換器を通過する冷媒量と水−冷媒熱交換器を通過する冷媒量を適確に調整することができ、暖房運転時の除霜運転では暖房運転および床暖房運転を停止する必要がなく、極端な室温低下を防止することができる。
また、暖房運転では除霜運転での溶け残りを防止することができ、除霜の効率を向上させることができる。また、吐出圧力の上昇を抑え、圧縮機の消費電力増加を抑えることができ、高ＣＯＰを実現できる。また、室内機の単独暖房運転時には膨張弁Ａが少しだけ開くことで水−冷媒熱交換器に冷媒が溜まり込み、冷凍回路内を循環する冷媒量が減少することで冷凍回路内のバランスが崩れて能力不足等の不具合が発生することを防止できるものである。

１室外機
６室内機
８床暖房パネル
９圧縮機
１１室外熱交換器
１５水−冷媒熱交換器
２１室内熱交換器
２９上側冷媒流通経路
３０下側冷媒流通経路
Ａ膨張弁
Ｂ膨張弁
Ｃ二方弁
Ｄ膨張弁
Ｅ二方弁

Claims

圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器等を冷媒配管で連結して冷凍回路を構成し、前記室内熱交換器と並列に水−冷媒熱交換器を接続し、この水−冷媒熱交換器と温水タンク、循環ポンプと床暖房等の暖房用熱交換器を温水配管で接続して温水回路を形成し、前記冷凍回路の切換によって室内機での冷房運転や暖房運転を行い、前記温水回路によって床暖房等の温水暖房を行う空気調和機に於いて、
前記室外熱交換器は上部冷媒流路と下部冷媒流路の２つの冷媒流路を設け、
前記冷凍回路は四方弁と室内熱交換器の間に二方弁Ｃを、
前記室内熱交換器と下部冷媒流路の間に膨張弁Ｂを、
前記水−冷媒熱交換器と下部冷媒流路の間に膨張弁Ａを、
前記上部冷媒流路と下部冷媒流路を接続する冷媒配管に膨張弁Ｄを、
この膨張弁Ｄと上部冷媒流路の間の冷媒配管と圧縮機と四方弁の間の冷媒配管をバイパス管せ接続し、このバイパス管を開閉する二方弁Ｅを設け、
冷房運転では前記四方弁を冷房側に、膨張弁Ａは全閉に、膨張弁Ｂは冷房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは全開に、二方弁Ｅは閉じることで、室内機にて冷房運転を行い、
室内機単独の暖房運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは微開に、膨張弁Ｂは全開に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、室内機にて暖房運転を行い、
床暖房単独の暖房運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは全開に、膨張弁Ｂは全閉に、二方弁Ｃは閉じ、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、床暖房運転を行い、
室内機と床暖房の併用暖房運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは暖房能力に応じた開度に、膨張弁Ｂも暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは閉じることで、室内機と床暖房の併用暖房運転を行い、
暖房運転での除霜運転では前記四方弁を暖房側に、膨張弁Ａは暖房能力に応じた開度に、膨張弁Ｂも暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開き、膨張弁Ｄは暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｅは開くことで、室内機と床暖房の併用暖房運転を継続しながら除霜を行うことを特徴とする空気調和機。