JPH08128752A - 空気調和機およびその暖房運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷暖房切換用に流路切換弁機構と共に設置す
る逆止弁７の小型化を図り、且つ、圧縮機を駆動する電
動機の消費電力を削減する。 【構成】 圧縮機１が圧縮して吐出したフロンなどの冷
媒が四方切換弁２の切換操作によって破線矢印で示した
冷房運転用の冷媒回路と、実線矢印で示した暖房運転用
の冷媒回路とが選択可能に形成される空気調和機におい
て、四方切換弁２と室内熱交換器６とを接続する配管と
圧縮機１の冷媒吸入側とを開閉弁１１とオリフィス１２
とを介して連通可能に接続し、この開閉弁１１を暖房運
転時に高圧側となる配管に立設した上端部が閉塞した配
管１６の管内温度が所定温度（例えば、４５℃）に達す
るまで閉じて運転し、前記管内温度が前記所定温度に達
すると加熱手段９の発熱量を絞り、その後開閉弁１１を
開く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷暖房運転が可能な空
気調和機に関するものであり、特に詳しくは暖房運転時
に使用する冷媒加熱手段を備えた空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の空気調和機として、例えば図３
に示した構成の空気調和機が特開昭５８−６３７２号公
報に提案されている。この空気調和機は、暖房運転では
圧縮機１から吐出した冷媒を四方切換弁２・室内熱交換
器６・減圧器４ａ、開閉弁５ａ・室外熱交換器３・四方
切換弁２・逆止弁７ａを通って圧縮機１に戻る室外空気
を熱源とする冷媒回路と、圧縮機１から吐出した冷媒を
四方切換弁２・室内熱交換器６・開閉弁８・冷媒加熱器
１０ａを通って圧縮機１に戻る冷媒回路とが選択形成で
きるようになっており、冷房運転時は圧縮機１から吐出
した冷媒が四方切換弁２・室外熱交換器３・開閉弁５ａ
・減圧器４ａ・室内熱交換器６・四方切換弁２・逆止弁
７ａを通って圧縮機１に戻るように構成したものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の空
気調和機においては、四方切換弁を経由して圧縮機に還
流する冷媒の全量が逆止弁７ａを通過することから、こ
の逆止弁が大型となり、コスト高を招くと云った不都合
があり、この点の解決が課題となっていた。

【０００４】また、単にオン／オフ制御されるだけで、
回転数制御ができない低価格の圧縮機を使用した空気調
和機の暖房運転時において、圧縮機を駆動している電動
機の消費電力を大幅に削減できるように工夫する必要も
あった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
課題を解決するための具体的手段として、圧縮機から吐
出した冷媒が流路切換弁機構・室外熱交換器・室内熱交
換器・前記流路切換弁機構・逆止弁を経由して前記圧縮
機に還流する冷房用冷媒回路か、前記流路切換弁機構・
前記室内熱交換器・第１の開閉弁・加熱手段を備えた冷
媒加熱熱交換器を経由して前記圧縮機に還流する暖房用
冷媒回路が選択形成可能に、前記流路切換弁機構が構成
された空気調和機において、

【０００６】前記流路切換弁機構と前記室内熱交換器と
を接続する配管と前記圧縮機の冷媒吸入側とを連通可能
に接続する第２の開閉弁を設け、暖房運転時の高圧側配
管に上端部が閉塞した配管を立設し、さらに、この配管
内の冷媒温度を測定する温度測定手段と、この温度測定
手段が出力する温度信号に基づいて前記第２の開閉弁を
制御する制御器とを設けた空気調和機と、

【０００７】前記流路切換弁機構と前記室内熱交換器と
を接続する配管と前記圧縮機の冷媒吸入側とを連通可能
に接続する第２の開閉弁を設け、この第２の開閉弁を暖
房運転時の高圧側配管に立設した上端部が閉塞した配管
の管内温度が所定温度に達するまで閉じて起動運転する
第１の構成の空気調和機の暖房運転方法と、

【０００８】この第１の構成の空気調和機の暖房運転方
法に加えて、さらに前記管内温度が前記所定温度に達す
ると前記加熱手段の発熱量を絞り、その後前記第２の開
閉弁を開いて運転する第２の構成の空気調和機の暖房運
転方法と、

【０００９】前記第２の開閉弁を暖房運転時の高圧側配
管に立設した上端部が閉塞した配管の管内温度が所定温
度に達して開操作しても、前記冷媒加熱熱交換器の出口
側冷媒温度が所定温度上昇しない時に、前記第２の開閉
弁が動作不良状態にあると判定する第３の構成の空気調
和機の暖房運転方法と、を提供することにより、前記し
た従来技術の課題を解決するものである。

【００１０】

【作用】暖房運転時の高圧側配管に立設した配管の内部
では、圧縮機から吐出した高圧の冷媒が管壁を介して外
気により冷却されて部分的に凝縮し、気液平衡状態にあ
るので、この管内温度を測定することにより、この部分
の圧力が推定される。

【００１１】また、前記立設配管の内部が所定の温度
（例えば、１．６ＭＰａの圧力に相当する４５℃）に達
するまで第２の開閉弁を閉じて運転する第１の構成の暖
房運転では、冷媒加熱熱交換器を通る冷媒流量が多く確
保され、これにより冷媒加熱熱交換器で冷媒が過熱され
て変質すると云ったことが防止される。

【００１２】また、前記立設配管の内部が所定の温度
（例えば、４５℃）に達すると、加熱手段の発熱量を制
限し、その後で第２の開閉弁を開いて冷媒加熱熱交換器
を通過する冷媒の流量を減らす第２の構成の暖房運転方
法では、冷媒加熱熱交換器で冷媒が過熱されて変質する
ことがないし、室内熱交換器に流れる冷媒の流量が減少
するので、圧縮機を駆動する電動機の消費電力が減少す
る。

【００１３】また、第２の開閉弁を開いて冷媒加熱熱交
換器に流れる冷媒の流量を減少させても、冷媒加熱熱交
換器で加熱している冷媒の温度が所定温度上昇しない時
に、第２の開閉弁が正常に動作しなかったと判定する第
３の構成の暖房運転方法では、第２の開閉弁の動作状況
が正確に把握できる。

【００１４】

【実施例】以下、図１と図２に基づいて本発明の一実施
例を詳細に説明する。図１に例示した本発明の空気調和
機は、圧縮機１が圧縮して吐出したフロンなどの冷媒が
四方切換弁２を切換操作することによって、室外熱交換
器３・減圧手段であるキャピラリーチューブ４・逆止弁
５・室内熱交換器６・逆止弁７を経由して圧縮機１に還
流する破線矢印で示した冷房運転用の冷媒回路か、室内
熱交換器６・第１の開閉弁８・加熱手段９に設けた冷媒
加熱熱交換器１０を経由して圧縮機１に還流する実線矢
印で示した暖房運転用の冷媒回路の何れかが、選択可能
に形成される共に、四方切換弁２と室内熱交換器６とを
接続している配管が圧縮機１の冷媒吸入口側に、第２の
開閉弁１１とオリフィス１２とを介して連通可能に接続
している。

【００１５】なお、オリフィス１２は、冷房運転時に室
内熱交換器６で相対的に温度の高い室内空気から熱を奪
って蒸発したガス状冷媒が、開閉弁１１・オリフィス１
２を通って圧縮機１に直接還流する冷媒の流量と、四方
切換弁２・逆止弁７を通って圧縮機１に還流する冷媒の
流量とがほぼ等しくなるように二分されて流れるよう
に、内部抵抗を選定してある。

【００１６】また、１３は圧縮機１の手前の冷媒回路に
設置したアキュムレータであり、１４は加熱手段９に接
続する燃料供給管に設けて加熱手段９に供給する燃料、
例えばガスの流量を制御する流量制御弁、１５は安全の
ために前記燃料供給管に２個連設した開閉弁である。

【００１７】さらに、暖房運転時に高圧側配管となる配
管部、例えば四方切換弁２と室内熱交換器６とを接続し
ている配管に、圧縮機１から吐出した高圧冷媒の一部が
暖房運転時の外気、すなわち冬季の外気に管壁を介して
冷却されて凝縮し得る、上端部が閉塞した長さが例えば
１０ｃｍの配管１６を立設すると共に、この配管内の温
度Ｔ１を測定するための温度センサ１７と、加熱手段９
が加熱した冷媒の温度Ｔ２を測定するための温度センサ
を１８とをそれぞれの配管部に設置し、これらの温度セ
ンサから入力された温度信号に基づいて開閉弁８・１１
の開閉操作などを制御する制御器１９を設けてある。

【００１８】温度センサ１７は前記したように冷媒の一
部が凝縮している管内温度を測定しているので、機構が
複雑で価格の高い圧力センサなどを使用することなく、
温度Ｔ１から気液平衡状態にある高圧側の圧力を推定す
ることができる。

【００１９】上記構成の空気調和機による暖房運転は、
計時・記憶・演算・比較など所要の機能を備えた前記制
御器１９によって、例えば図２のフローチャートのよう
に制御して行われる。

【００２０】すなわち、先ず室外熱交換器３に溜ってい
る冷媒の回収運転が行われる。これは、一般の四方切換
弁２が、電源オフ時に破線矢印の冷房回路を形成し、電
源オン時に実線矢印の暖房回路を形成する構成であるの
で、電源がオフとなる運転停止時に冷媒が温度の低い室
外熱交換器３に流れ込んでおり、この状態で冷媒が実線
矢印の向きに流れるように四方切換弁２を暖房運転用に
切換設置すると共に開閉弁８を開けて暖房運転を開始し
ても、循環する冷媒の量が不足して室内熱交換器６では
室内空気を充分に暖めることが出来ないし、冷媒加熱熱
交換器１０で冷媒の温度が異常に上昇して冷媒が変質す
るのを防止するためである。

【００２１】この冷媒回収運転は、開閉弁８・１１を閉
じると共に四方切換弁２を暖房運転時の向きに切換設置
して、圧縮機１を駆動することで行われる。

【００２２】各弁を上記のようにセットして圧縮機１を
運転すると、室外熱交換器３に溜っていた液状冷媒は逆
止弁７・四方切換弁２を介して圧縮機１に吸引されるの
で、蒸発して室内熱交換器６の側に流れ、回収される。
なお、冷媒加熱熱交換器１０に溜っていた冷媒も、この
冷媒回収運転によって同様に回収される。

【００２３】上記冷媒回収運転を所定時間（例えば、１
分間）行った後、開閉弁８を開け、続いて開閉弁１５・
流量制御弁１４を開けて加熱手段９に点火し、冷媒加熱
熱交換器１０による冷媒加熱を行う。

【００２４】そして、温度センサ１７が測定する温度Ｔ
１が所定の温度、例えば冷媒圧力が１．６ＭＰａに相当
する４５℃に達すると、流量制御弁１４を操作して加熱
手段９の発熱量を例えば７０％を上限とした比例制御に
制限し、所定時間（例えば、１５秒）後に開閉弁１１を
開いて圧縮機１が圧縮して吐出した冷媒の一部（オリフ
ィス１２の内部抵抗を前記のように定めたので、この場
合は全吐出量の約４０％）が、室内熱交換器６に流入し
ないで圧縮機１に直接還流するようにする。

【００２５】圧縮機１が圧縮して吐出した冷媒の一部が
圧縮機１に直接還流して室内熱交換器６に供給されなく
なると、冷媒加熱熱交換器１０を通って加熱される冷媒
の流量が減少するので、温度センサ１８が測定している
冷媒の温度Ｔ２は上昇傾向を示す。

【００２６】しかし、制御器１９が受け取った温度セン
サ１８が出力する温度Ｔ２から、所定時間（例えば、３
０秒）内に所定温度、例えば３℃以上の温度上昇ΔＴ２
が確認されないと、制御器１９は開閉弁１１が閉じたま
まか、正常に開いていないと判定し、図示しないブザー
の吹鳴や電光掲示などによって警告する。

【００２７】上記したように、本発明の空気調和機とそ
の暖房運転方法によれば、室外熱交換器３で充分な熱を
汲み上げることができない程外気温度が低い時にも、冷
媒は加熱手段９によって必要な温度に加熱される。この
ため、図示しないファンによって供給される室内空気に
室内熱交換器６で充分な熱量を与えることが可能であ
り、外気温度に影響されることなく常に快適な暖房運転
を行うことができる。

【００２８】また、圧縮機１が吐出した冷媒の一部が室
内熱交換器６に供給されずに開閉弁１１を経由して圧縮
機１に還流するように開閉弁１１を開けることで、圧縮
機１を駆動する図示しない電動機の消費電力を大幅に削
減することができる。

【００２９】ところで、上記構成の空気調和機における
冷房運転は、圧縮機１が圧縮して吐出した冷媒が破線矢
印で示した冷房運転用の冷媒回路、すなわち室外熱交換
器３・キャピラリーチューブ４・逆止弁５・室内熱交換
器６・逆止弁７を経由して圧縮機１に還流するように四
方切換弁２を切換操作して行われる。

【００３０】なお、この場合は逆止弁５を通過した冷媒
の全てが室内熱交換器６に流入し、冷媒加熱熱交換器１
０には流入しないように開閉弁８は閉じておく。また、
室内熱交換器６を吐出した冷媒のほぼ半分が一点鎖線矢
印で示した開閉弁１１・オリフィス１２を経由して圧縮
機１に還流するように、開閉弁１１は開けておく。

【００３１】このため、圧縮機１から吐出した圧力と温
度の上昇した冷媒は、四方切換弁２を経由して室外熱交
換器３に入り、ここで図示しないファンによって供給さ
れる相対的に温度の低い外気と熱交換して凝縮する。外
気に放熱して凝縮した液状冷媒は、キャピラリーチュー
ブ４で減圧されて室内熱交換器６に流入し、ここで図示
しないファンによって供給される相対的に温度の高い室
内空気から熱を奪って室内空気を冷却し、自身は蒸発し
て圧縮機１に吸引されて循環する。

【００３２】そして、室内熱交換器６で室内空気を冷却
して蒸発した冷媒は、開閉弁１１・オリフィス１２の経
路と、四方切換弁２・逆止弁７の経路の二手に分かれて
圧縮機１に還流するので、逆止弁７を小型化することが
できる。

【００３３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００３４】例えば、四方切換弁２に代えて、冷媒の流
れる方向が上記のように適宜切換可能に、複数の開閉弁
などを組み合わせた流路切換弁機構であっても良い。

【００３５】また、適宜の大きさの開閉弁１１が得られ
れば、オリフィス１２の設置を省略することもできる。

【００３６】また、逆止弁５は開閉弁で代替しても良い
し、逆止弁５とキャピラリーチューブ４とは位置が逆で
あっても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、暖
房運転中の立設配管の内部では、圧縮機から吐出して流
入した高圧・高温の冷媒が外気で冷却されて一部が凝縮
する気液平衡状態になるので、この部分の温度を測定す
ることにより高圧側の圧力を高価な圧力センサを使用し
ないで推定することができる。

【００３８】また、前記立設配管の内部が例えば１．６
ＭＰａの圧力に相当する温度、例えば、４５℃に達する
までの起動運転では第２の開閉弁を閉じて、冷媒加熱熱
交換器を通過する冷媒の流量が多くして運転するので、
冷媒加熱熱交換器で冷媒が過熱されて変質すると云った
ことがない。

【００３９】また、前記立設配管の内部が所定温度（例
えば、４５℃）に達すると、加熱手段の発熱量が制限さ
れ、その後に第２の開閉弁を開いて冷媒加熱熱交換器を
通過する冷媒の流量を下げるので、冷媒加熱熱交換器で
冷媒が過熱されて変質することがない上に、室内熱交換
器に流れる冷媒の流量が減少するため、圧縮機を駆動す
る電動機の消費電力が減少する。

【００４０】また、第２の開閉弁を開いて冷媒加熱熱交
換器に流れる冷媒の流量が減少しても、冷媒加熱熱交換
器で加熱された冷媒の温度が所定温度上昇しない時に、
第２の開閉弁が正常に動作しなかったと判定するので、
第２の開閉弁の動作状況が正確に把握できるなど顕著な
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一空気調和機の説明図である。

【図２】一制御例の説明図である。

【図３】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方切換弁 ３ 室外熱交換器 ４ キャピラリーチューブ ５ 第１の逆止弁 ６ 室内熱交換器 ７ 第２の逆止弁 ８ 開閉弁 ９ 加熱手段 １０ 冷媒加熱熱交換器 １１ 開閉弁 １２ オリフィス １３ アキュムレータ １４ 流量制御弁 １５ 開閉弁 １６ 配管 １７・１８ 温度センサ １９ 制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 和也 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機から吐出した冷媒が流路切換弁機
   構・室外熱交換器・室内熱交換器・前記流路切換弁機構
   ・逆止弁を経由して前記圧縮機に還流する冷房用冷媒回
   路か、前記流路切換弁機構・前記室内熱交換器・第１の
   開閉弁・加熱手段を備えた冷媒加熱熱交換器を経由して
   前記圧縮機に還流する暖房用冷媒回路が選択形成可能
   に、前記流路切換弁機構が構成された空気調和機におい
   て、 前記流路切換弁機構と前記室内熱交換器とを接続する配
   管と前記圧縮機の冷媒吸入側とを連通可能に接続する第
   ２の開閉弁を設け、暖房運転時の高圧側配管に上端部が
   閉塞した配管を立設し、さらに、この配管内の冷媒温度
   を測定する温度測定手段と、この温度測定手段が出力す
   る温度信号に基づいて前記第２の開閉弁を制御する制御
   器とを設けたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機から吐出した冷媒が流路切換弁機
   構・室外熱交換器・室内熱交換器・前記流路切換弁機構
   ・逆止弁を経由して前記圧縮機に還流する冷房用冷媒回
   路か、前記流路切換弁機構・前記室内熱交換器・第１の
   開閉弁・加熱手段を備えた冷媒加熱熱交換器を経由して
   前記圧縮機に還流する暖房用冷媒回路が選択形成可能
   に、前記流路切換弁機構が構成された空気調和機におい
   て、 前記流路切換弁機構と前記室内熱交換器とを接続する配
   管と前記圧縮機の冷媒吸入側とを連通可能に接続する第
   ２の開閉弁を設け、この第２の開閉弁を暖房運転時の高
   圧側配管に立設した上端部が閉塞した配管の管内温度が
   所定温度に達するまで閉じて起動運転することを特徴と
   する空気調和機の暖房運転方法。
3. 【請求項３】 圧縮機から吐出した冷媒が流路切換弁機
   構・室外熱交換器・室内熱交換器・前記流路切換弁機構
   ・逆止弁を経由して前記圧縮機に還流する冷房用冷媒回
   路か、前記流路切換弁機構・前記室内熱交換器・第１の
   開閉弁・加熱手段を備えた冷媒加熱熱交換器を経由して
   前記圧縮機に還流する暖房用冷媒回路が選択形成可能
   に、前記流路切換弁機構が構成された空気調和機におい
   て、 前記流路切換弁機構と前記室内熱交換器とを接続する配
   管と前記圧縮機の冷媒吸入側とを連通可能に接続する第
   ２の開閉弁を設け、この第２の開閉弁を暖房運転時の高
   圧側配管に立設した上端部が閉塞した配管の管内温度が
   所定温度に達するまで閉じて運転し、前記管内温度が前
   記所定温度に達すると前記加熱手段の発熱量を絞り、そ
   の後前記第２の開閉弁を開いて運転することを特徴とす
   る空気調和機の暖房運転方法。
4. 【請求項４】 圧縮機から吐出した冷媒が流路切換弁機
   構・室外熱交換器・室内熱交換器・前記流路切換弁機構
   ・逆止弁を経由して前記圧縮機に還流する冷房用冷媒回
   路か、前記流路切換弁機構・前記室内熱交換器・第１の
   開閉弁・加熱手段を備えた冷媒加熱熱交換器を経由して
   前記圧縮機に還流する暖房用冷媒回路が選択形成可能
   に、前記流路切換弁機構が構成された空気調和機におい
   て、 前記流路切換弁機構と前記室内熱交換器とを接続する配
   管と前記圧縮機の冷媒吸入側とを連通可能に接続する第
   ２の開閉弁を設け、この第２の開閉弁を暖房運転時の高
   圧側配管に立設した上端部が閉塞した配管の管内温度が
   所定温度に達して開操作しても、前記冷媒加熱熱交換器
   の出口側冷媒温度が所定温度上昇しない時に、前記第２
   の開閉弁が動作不良状態にあると判定することを特徴と
   する空気調和機の暖房運転方法。