JP6092731B2

JP6092731B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6092731B2
Application number: JP2013151308A
Authority: JP
Inventors: 瑛一白井; 正巳山口; 貢也長谷川
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: JP2015021680A

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、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暖房装置で、室内の空気を温風によって加熱しながら、床暖房の輻射暖房を同時に行うことで、室内の快適性を向上するものであった。また、温水回路を停止して冷凍回路と室内熱交換器のみを作動して冷房運転も行えるものであった。（例えば、特許文献１参照）

特開２００１−３３６７６９号公報

この従来例の空気調和機は、室内機での暖房運転のみを行う場合には、温水暖房側（床暖房側）の膨張弁を小開度に維持した状態において、四方弁を暖房側に向に切り換え、圧縮機を駆動する。すると冷媒が圧縮機から順に室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器と流通し、室外熱交換器が蒸発器として機能すると共に、室内熱交換器が凝縮器として機能し、これによって、室内機の暖房運転を行うことができるが温水暖房側の膨張弁が小開度であるために、水−冷媒熱交換器に冷媒が溜まり込んで室内熱交換器側が冷媒不足になることを防止するものであるが、少量ではあるが水−冷媒熱交換器に冷媒が流れることで水−冷媒熱交換器が徐々に加熱され、水−冷媒熱交換器を含む温水暖房側の冷凍回路が高圧になりガス漏れ等の故障の発生が心配されるものであった。

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、２つの分岐管によって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、前記冷凍回路は四方弁と水−冷媒熱交換器の間に分岐管Ａを、前記水−冷媒熱交換器と室外熱交換器の間に分岐管Ｂを位置し、前記分岐管Ａと室内熱交換器の間に二方弁Ｃを、前記室内熱交換器と分岐管Ｂの間に膨張弁Ｂを、前記水−冷媒熱交換器と分岐管Ｂの間に膨張弁Ａを、前記水−冷媒熱交換器と膨張弁Ａの間に水熱交センサを設け、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は開くことで、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は暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開くことで、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は開くことで、室内機と床暖房の併用暖房運転を行い、前記室内機単独の暖房運転時に前記水熱交センサでの検知温度Ｔが第１所定温度以上を検知した時には循環ポンプを作動し、前記検知温度Ｔが第１所定温度より低い第２所定温度未満を検知した時には循環ポンプを停止する制御部を設けたものである。

この発明によれば、室内機単独の暖房運転時に水熱交センサでの検知温度Ｔが第１所定温度以上を検知した時には循環ポンプを作動し、前記検知温度Ｔが第１所定温度より低い第２所定温度未満を検知した時には循環ポンプを停止する制御部を設けたので、水−冷媒熱交換器に冷媒が溜まり込んで室内熱交換器側が冷媒不足になることを防止すると同時に水−冷媒熱交換器内の凝縮圧力下げ、水−冷媒熱交換器を含む温水暖房側の冷凍回路が高圧になりガス漏れ等の故障の発生を防止し、製品の寿命や信頼性を向上するものである。

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Ａ２６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Ｂ２７を設けている。
前記分岐管Ａ２６と分岐管Ｂ２７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。

前記各種弁装置１２は膨張弁Ａ２９、膨張弁Ｂ３０、二方弁Ｃ３１の２個の膨張弁と１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Ｂ２７の間には膨張弁Ａ２９を、前記分岐管Ｂ２７と冷媒接続バルブ２８の間には膨張弁Ｂ３０を、前記分岐管Ａ２６と冷媒接続バルブ２８の間には二方弁Ｃ３１を設けている。

冷房運転では前記四方弁１０を冷房側に切換え、膨張弁Ａ２９は全閉に、膨張弁Ｂ３０は冷房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開くことで、圧縮機１にて加圧され高温の冷媒は、四方弁１０、室外熱交換器１１を通過することで放熱し、膨張弁Ｂ３０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Ａ２９は全開の約１０％の微開に、膨張弁Ｂ３０は暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃ３１は開くことで、圧縮機１にて加圧され高温の冷媒は、四方弁１０、二方弁Ｃ３１、室内熱交換器２１で室内を加熱して暖房を行い、膨張弁Ｂ３０で絞られて減圧することで低温になった冷媒が室外熱交換器１１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、室内機の単独暖房運転時には膨張弁Ａ２９が少しだけ開くことで水−冷媒熱交換器１５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Ａ２９は暖房能力に応じた開度に、膨張弁Ｂ３０は全閉に、二方弁Ｃ３１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３２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Ａ２９は暖房能力に応じた開度に、膨張弁Ｂ３０も暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開くことで、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Ａ２９と膨張弁Ｂ３０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、室外熱交換器１１にて適切な冷媒の蒸発が行われる。

室内機単独暖房運転時の除霜運転では、前記四方弁１０を冷房側に、膨張弁Ａ２９は全閉に、膨張弁Ｂ３０は全開に、二方弁Ｃは開くことで、圧縮機９から高温の冷媒を室外熱交換器１１に流して、室内機側の冷凍回路を開いたままで除霜運転を行うので除霜運転中は室内熱交換器２１の温度は低下するものである。

床暖房単独運転時の除霜運転では、前記四方弁１０を冷房側に、膨張弁Ａ２９は全開に、膨張弁Ｂ３０は全閉に、二方弁Ｃは閉じることで、圧縮機９から高温の冷媒を室外熱交換器１１に流して、水−冷媒熱交換器１５側の冷凍回路を開いたままで除霜運転を行うので除霜運転中は温水回路３２側の温度が低下するものである。

室内機床暖房併用運転時の除霜では室内機単独暖房運転時と同様に、前記四方弁１０を冷房側に、膨張弁Ａ２９は全閉に、膨張弁Ｂ３０は全開に、二方弁Ｃは開くことで、圧縮機９から高温の冷媒を室外熱交換器１１に流して、室内機側の冷凍回路を開いたままで除霜運転を行うので除霜運転中は室内熱交換器２１の温度は低下するものであり、床暖房の温水回路３２側の温度低下を少なくしている。

前記温水回路３２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３３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３４で接続して温水の循環量を調整している。３５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に行うことができるが、どちらか一方のみで暖房運転を行うこともできる。

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Ａ２９・Ｂ３０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Ｃ３１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。
３６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。

３７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。３８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。３９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空気熱交センサである。４０は水−冷媒熱交換器１５と膨張弁Ａ２９の間の冷媒配管に取り付けられ、冷媒の温度を測定する水熱交センサである。

４１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。４２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。４３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。４４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。４５は室内空気の吸込側に設けた室温センサ。

室内機単独の暖房運転時の作動について説明すれば、室内機単独の暖房運転では冷凍回路制御部１４と温水回路制御部２０によって、前記四方弁１０を暖房側に切換え、膨張弁Ａ２９は全開の約１０％の微開に、膨張弁Ｂ３０は暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃ３１は開くことで、圧縮機１にて加圧され高温の冷媒は、四方弁１０、二方弁Ｃ３１、室内熱交換器２１で室内を加熱して暖房を行い、膨張弁Ｂ３０で絞られて減圧することで低温になった冷媒が室外熱交換器１１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、室内機の単独暖房運転時には膨張弁Ａ２９が少しだけ開くことで水−冷媒熱交換器１５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が、水−冷媒熱交換器１５には常に少量の冷媒が流れ続けることで水−冷媒熱交換器１５の温度が徐々に上昇し、水−冷媒熱交換器１５や周囲の冷凍回路の圧力が極端に上昇すれば、ガス漏れ等の故障を招くことになる。そこで、水熱交センサ４０での検知温度Ｔが約６０℃の第１所定温度以上を検知した時には、循環ポンプ１８を作動して温水回路３２の温水を循環することで、水−冷媒熱交換器１５の温度を低下させ、水熱交センサ４０での検知温度Ｔが約４０℃の第２所定温度未満を検知した時には循環ポンプ１８を停止する。循環ポンプ１８を停止後には再び水熱交センサ４０の温度上昇が始まるが、水熱交センサ４０の温度が第１所定温度（６０℃）と第２所定温度（４０℃）の間で循環ポンプ１８をＯＮ−ＯＦＦすることで、水−冷媒熱交換器１５を含む温水暖房側の冷凍回路の圧力を適正な圧力に保つことができ、ガス漏れ等の故障の発生を防止し、製品の寿命や信頼性を向上するものである。

この実施例では前記第１所定温度を６０℃に設定したが、Ｒ４１０ａ冷媒の凝縮耐久圧力が４．２メガパスカルであり、この４．２メガパスカルは凝縮器の温度では６５℃に相当し、５度の余裕を考慮して第１所定温度を６０℃に設定したが、使用する冷媒が異なれば凝縮耐久圧力も変化し、それに応じて第１所定温度もへんかする。また、第２所定温度を４０℃に設定したが、これは第１所定温度との温度差で設定したもので、この温度差が小さければ循環ポンプ１８のＯＮ−ＯＦＦが頻繁になり、温度差が大き過ぎれ温水回路２４の循環水の温度が下がりすぎものである。

このように、室内機単独の暖房運転時に水熱交センサ１５での検知温度Ｔが第１所定温度以上を検知した時には循環ポンプ１８を作動し、前記検知温度Ｔが第１所定温度より低い第２所定温度未満を検知した時には循環ポンプ１８を停止する制御部１４・２０を設けたので、水−冷媒熱交換器１５に冷媒が溜まり込んで室内熱交換器２１側が冷媒不足になることを防止すると同時に水−冷媒熱交換器１５内の凝縮圧力下げ、水−冷媒熱交換器１５を含む温水暖房側の冷凍回路が高圧になりガス漏れ等の故障の発生を防止し、製品の寿命や信頼性を向上するものである。

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
１４冷凍回路制御部
１５水−冷媒熱交換器
１８循環ポンプ
２０温水回路制御部
２１室内熱交換器
２９膨張弁Ａ
３０膨張弁Ｂ
３１二方弁Ｃ
４０水熱交センサ

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、２つの分岐管によって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、
前記冷凍回路は四方弁と水−冷媒熱交換器の間に分岐管Ａを、前記水−冷媒熱交換器と室外熱交換器の間に分岐管Ｂを位置し、前記分岐管Ａと室内熱交換器の間に二方弁Ｃを、
前記室内熱交換器と分岐管Ｂの間に膨張弁Ｂを、
前記水−冷媒熱交換器と分岐管Ｂの間に膨張弁Ａを、
前記水−冷媒熱交換器と膨張弁Ａの間に水熱交センサを設け、
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は開くことで、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は暖房能力に応じた開度に、二方弁Ｃは開くことで、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は開くことで、室内機と床暖房の併用暖房運転を行い、
前記室内機単独の暖房運転時に前記水熱交センサでの検知温度Ｔが第１所定温度以上を検知した時には循環ポンプを作動し、前記検知温度Ｔが第１所定温度より低い第２所定温度未満を検知した時には循環ポンプを停止する制御部を設けたことを特徴とする空気調和機。