WO2012042692A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2012042692A1
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heat exchanger
outdoor
heat storage
compressor
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杉尾 孝
高橋 正敏
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パナソニック株式会社
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    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/41Defrosting; Preventing freezing
    • F24F11/42Defrosting; Preventing freezing of outdoor units
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B47/022Defrosting cycles hot gas defrosting
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    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus in which a compressor, an indoor heat exchanger, an expansion valve, and an outdoor heat exchanger are connected to each other through a refrigerant pipe, and in particular, a refrigeration capable of improving the reliability of the compressor during a defrosting operation.
  • the present invention relates to a cycle device.
  • Patent Document 1 a heat storage tank is provided in the compressor provided in the outdoor unit, and what is defrosted using the waste heat of the compressor stored in the heat storage tank during heating operation has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • FIG. 9 shows an example of a refrigeration cycle apparatus that employs such a defrosting method.
  • the compressor 100, the four-way valve 102, the outdoor heat exchanger 104, the capillary tube 106, the indoor unit provided in the outdoor unit are shown. Is connected to the indoor heat exchanger 108 provided by the refrigerant pipe, the first bypass circuit 110 for bypassing the capillary tube 106, and the discharge side of the compressor 100 to the indoor heat exchanger 108 via the four-way valve 102.
  • a second bypass circuit 112 is provided in which one end is connected to the connecting pipe and the other end is connected to the pipe extending from the capillary tube 106 to the outdoor heat exchanger 104.
  • the first bypass circuit 110 is provided with a two-way valve 114, a check valve 116, and a heat storage heat exchanger 118, and the second bypass circuit 112 is provided with a two-way valve 120 and a check valve 122. Yes.
  • a heat storage tank 124 is provided around the compressor 100, and the heat storage tank 124 is filled with a latent heat storage material 126 for exchanging heat with the heat storage heat exchanger 118.
  • the two two-way valves 114 and 120 are controlled to open, a part of the refrigerant discharged from the compressor 100 flows to the second bypass circuit 112, and the remaining refrigerant is the four-way valve. 102 and the indoor heat exchanger 108.
  • a small amount of refrigerant flows to the outdoor heat exchanger 104 through the capillary tube 106, while the remaining most of the refrigerant passes through the first bypass circuit.
  • the heat storage heat exchanger 118 flows into the heat storage heat exchanger 118 through the two-way valve 114, takes heat from the heat storage material 126, passes through the check valve 116, and then merges with the refrigerant that has passed through the capillary tube 106 to the outdoor. It flows to the heat exchanger 104. Thereafter, the refrigerant merged with the refrigerant flowing through the second bypass circuit 112 at the inlet of the outdoor heat exchanger 104, defrosted using the heat of the refrigerant, and after passing through the four-way valve 102, Inhaled.
  • the hot gas discharged from the compressor 100 during defrosting is guided to the outdoor heat exchanger 104 and the pressure of the refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 104 Therefore, the defrosting ability can be increased, and the defrosting can be completed in a very short time.
  • outdoor heat exchange is performed between the refrigerant discharged from the compressor 100 and the refrigerant that has taken away the heat accumulated in the heat storage material 126 when passing through the heat storage heat exchanger 118.
  • the defrosting operation of the outdoor heat exchanger 104 is performed by being supplied to the cooler 104. Therefore, in a case where sufficient heat is not accumulated in the heat storage material 126, there may be a case where the defrosting operation of the outdoor heat exchanger 104 cannot be performed.
  • the compressor when the outdoor temperature is high, since the large heating capacity is not required, the compressor is often operated for a long time with a low capacity. In such a case, since the temperature of the compressor is low, the heat storage material 126 is sufficient. Often no heat is accumulated.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and performs reliable defrosting operation of the outdoor heat exchanger 104 under conditions where the temperature of the heat storage material is difficult to rise and the outdoor temperature is high.
  • An object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus that can perform such a process.
  • the present invention provides a compressor, an indoor heat exchanger connected to the compressor, an expansion valve connected to the indoor heat exchanger, and an outdoor heat connected to the expansion valve.
  • An refrigeration cycle apparatus including an exchanger, an outdoor fan, and an outdoor temperature detection means, and an outdoor heat exchanger and a compressor connected via a four-way valve, arranged so as to surround the compressor, And a heat storage heat exchanger for exchanging heat between the heat stored in the heat storage material and the heat stored in the heat storage material, and during the defrosting operation, the refrigerant discharged from the compressor is used for outdoor heat exchange.
  • the refrigerant that has been led to the heat storage heat exchanger via the indoor heat exchanger, passed through the outdoor heat exchanger, and the refrigerant that has exchanged heat with the heat storage material in the heat storage heat exchanger merge.
  • the outdoor air detected by the outdoor temperature detection means and guided to the suction side of the compressor If is greater than a predetermined value, it is obtained so as to rotate the outdoor blower fan.
  • heat in the outdoor air can be supplied to the outdoor heat exchanger under conditions where the temperature of the heat storage material is difficult to rise and the outdoor outdoor temperature is high. It can be performed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an air conditioner including a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the operation and refrigerant flow during normal heating of the air conditioner of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the air conditioner of FIG. 1 during defrosting / heating and the flow of refrigerant.
  • FIG. 4 is a diagram showing the shape of the merged portion of the liquid-phase refrigerant and the gas-phase refrigerant in the refrigerant pipe of the air conditioner of FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an air conditioner including a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the operation and refrigerant flow during normal heating of the air conditioner of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the air conditioner of FIG. 1 during defrosting / heating and the flow of refrigerant.
  • FIG. 5 is a diagram showing the shape of a merged portion of a liquid-phase refrigerant and a gas-phase refrigerant in a refrigerant pipe of an air conditioner equipped with a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an air conditioner including a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the shape of the merged portion of the liquid-phase refrigerant and the gas-phase refrigerant in the refrigerant pipe of the air conditioner of FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a control example of the outdoor fan in the defrosting operation of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional refrigeration cycle apparatus.
  • the first invention includes a compressor, an indoor heat exchanger connected to the compressor, an expansion valve connected to the indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger connected to the expansion valve, and an outdoor A refrigeration cycle apparatus comprising a blower fan and an outdoor temperature detecting means, wherein an outdoor heat exchanger and a compressor are connected via a four-way valve, arranged so as to surround the compressor, and generates heat generated by the compressor.
  • It further has a heat storage material that stores heat and a heat storage heat exchanger that exchanges heat with the heat stored in the heat storage material, and during the defrosting operation, the refrigerant discharged from the compressor is led to the outdoor heat exchanger And the refrigerant that is guided to the heat storage heat exchanger through the indoor heat exchanger and passes through the outdoor heat exchanger, and the refrigerant that has exchanged heat with the heat storage material in the heat storage heat exchanger. And is introduced to the suction side of the compressor, and by the outdoor temperature detecting means. Outdoor air temperature detected is equal to or larger than a predetermined value, is obtained so as to rotate the outdoor blower fan.
  • the heat storage material temperature detection means for detecting the temperature of the heat storage material is further included, and the heat storage material temperature detection means is configured such that the heat storage material temperature during heat storage is equal to or lower than a predetermined temperature.
  • the outdoor fan is rotated during the defrosting operation.
  • FIG. 1 shows a configuration of an air conditioner including a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the air conditioner includes an outdoor unit 2 and an indoor unit 4 that are connected to each other by refrigerant piping. It is configured.
  • a compressor 6, a four-way valve 8, a strainer 10, an expansion valve 12, and an outdoor heat exchanger 14 are provided inside the outdoor unit 2.
  • a heat exchanger 16 is provided, and these are connected to each other via a refrigerant pipe to constitute a refrigeration cycle.
  • the temperature of an outdoor air fan 48 for exchanging heat between the outdoor heat exchanger 14 and outdoor air, an outdoor temperature sensor 44 for detecting the outdoor air temperature, and the temperature of a heat storage material 36 to be described later are stored.
  • a heat storage material temperature sensor 46 to be detected is also incorporated.
  • the compressor 6 and the indoor heat exchanger 16 are connected via a first pipe 18 provided with a four-way valve 8, and the indoor heat exchanger 16 and the expansion valve 12 are provided with a strainer 10.
  • the second pipe 20 is connected.
  • the expansion valve 12 and the outdoor heat exchanger 14 are connected via a third pipe 22, and the outdoor heat exchanger 14 and the compressor 6 are connected via a fourth pipe 24.
  • a four-way valve 8 is disposed in the middle of the fourth pipe 24, and an accumulator 26 for separating the liquid-phase refrigerant and the gas-phase refrigerant is provided in the fourth pipe 24 on the refrigerant suction side of the compressor 6. ing.
  • the compressor 6 and the third pipe 22 are connected via a fifth pipe 28, and the first solenoid valve 30 is provided in the fifth pipe 28.
  • a heat storage tank 32 is provided around the compressor 6, and a heat storage heat exchanger 34 is provided inside the heat storage tank 32, and a heat storage material for exchanging heat with the heat storage heat exchanger 34 (for example, An ethylene glycol aqueous solution) 36 is filled, and the heat storage tank 32, the heat storage heat exchanger 34, and the heat storage material 36 constitute a heat storage device.
  • a heat storage material for exchanging heat with the heat storage heat exchanger 34 for example, An ethylene glycol aqueous solution
  • the second pipe 20 and the heat storage heat exchanger 34 are connected via a sixth pipe 38, the heat storage heat exchanger 34 and the fourth pipe 24 are connected via a seventh pipe 40, and the sixth pipe 38. Is provided with a second electromagnetic valve 42.
  • an air blower fan (not shown), upper and lower blades (not shown), and left and right blades (not shown) are provided inside the indoor unit 4, and indoor heat exchange is performed.
  • the unit 16 exchanges heat between the indoor air sucked into the interior of the indoor unit 4 by the blower fan and the refrigerant flowing through the interior of the indoor heat exchanger 16, and blows out the air warmed by heat exchange into the room during heating.
  • air cooled by heat exchange is blown into the room during cooling.
  • the upper and lower blades change the direction of air blown from the indoor unit 4 up and down as necessary, and the left and right blades change the direction of air blown from the indoor unit 4 to right and left as needed.
  • the compressor 6, the blower fan, the upper and lower blades, the left and right blades, the four-way valve 8, the expansion valve 12, the electromagnetic valves 30 and 42, and the sensor are electrically connected to a control device (not shown, for example, a microcomputer) for control. Controlled by the device.
  • the refrigerant discharged from the discharge port of the compressor 6 passes from the four-way valve 8 to the indoor heat exchanger 16 through the first pipe 18.
  • the refrigerant condensed by exchanging heat with the indoor air in the indoor heat exchanger 16 passes through the second pipe 20 through the indoor heat exchanger 16, expands through the strainer 10 that prevents foreign matter from entering the expansion valve 12.
  • To valve 12. The refrigerant decompressed by the expansion valve 12 reaches the outdoor heat exchanger 14 through the third pipe 22, and the refrigerant evaporated by exchanging heat with the outdoor air in the outdoor heat exchanger 14 is the fourth pipe 24 and the four-way valve 8. And returns to the suction port of the compressor 6 through the accumulator 26.
  • the fifth pipe 28 branched from the compressor 6 discharge port of the first pipe 18 and the four-way valve 8 is connected to the expansion valve 12 of the third pipe 22 and the outdoor heat exchanger 14 via the first electromagnetic valve 30. I am joining in between.
  • the heat storage tank 32 in which the heat storage material 36 and the heat storage heat exchanger 34 are housed is disposed so as to be in contact with and surround the compressor 6, and the heat generated in the compressor 6 is accumulated in the heat storage material 36, and the second The sixth pipe 38 branched from the pipe 20 between the indoor heat exchanger 16 and the strainer 10 reaches the inlet of the heat storage heat exchanger 34 via the second electromagnetic valve 42 and exits from the outlet of the heat storage heat exchanger 34.
  • the seventh pipe 40 joins between the four-way valve 8 and the accumulator 26 in the fourth pipe 24.
  • the strainer 10 is disposed between the diversion portion of the second pipe 20 and the sixth pipe 38 and the expansion valve 12, but the indoor heat exchanger 16 and the sixth pipe 38 in the second pipe 20 Even if it arrange
  • FIG. 2 schematically showing the operation during normal heating and the flow of the refrigerant of the air conditioner shown in FIG.
  • the first electromagnetic valve 30 and the second electromagnetic valve 42 are controlled to be closed, and the refrigerant discharged from the discharge port of the compressor 6 as described above passes through the first pipe 18 and the four-way valve 8.
  • the indoor heat exchanger 16 The refrigerant condensed by exchanging heat with the indoor air in the indoor heat exchanger 16 exits the indoor heat exchanger 16, passes through the second pipe 20, reaches the expansion valve 12, and the refrigerant decompressed by the expansion valve 12 is the third refrigerant. It reaches the outdoor heat exchanger 14 through the pipe 22.
  • the refrigerant evaporated by exchanging heat with outdoor air in the outdoor heat exchanger 14 returns from the four-way valve 8 to the suction port of the compressor 6 through the fourth pipe 24.
  • the heat generated in the compressor 6 is accumulated in the heat storage material 36 housed in the heat storage tank 32 from the outer wall of the compressor 6 through the outer wall of the heat storage tank 32.
  • FIG. 3 schematically showing the operation of the air conditioner shown in FIG. 1 during defrosting / heating and the flow of refrigerant.
  • the solid line arrows indicate the flow of the refrigerant used for heating
  • the broken line arrows indicate the flow of the refrigerant used for defrosting.
  • the air conditioner according to the present invention is provided with a pipe temperature sensor 45 that detects the pipe temperature of the outdoor heat exchanger 14, and the evaporation temperature is lower than that during non-frosting. When this is detected by the pipe temperature sensor 45, an instruction from the normal heating operation to the defrosting / heating operation is output from the control device.
  • the first electromagnetic valve 30 and the second electromagnetic valve 42 are controlled to open, and in addition to the refrigerant flow during the normal heating operation described above, the first solenoid valve 30 and the second electromagnetic valve 42 are discharged from the discharge port of the compressor 6. After a part of the vapor-phase refrigerant passes through the fifth pipe 28 and the first electromagnetic valve 30 and merges with the refrigerant passing through the third pipe 22, the outdoor heat exchanger 14 is heated, condensed, and converted into a liquid phase. Through the fourth pipe 24, the four-way valve 8 and the accumulator 26 are returned to the suction port of the compressor 6.
  • a part of the liquid-phase refrigerant that is divided between the indoor heat exchanger 16 and the strainer 10 in the second pipe 20 passes through the sixth pipe 38 and the second electromagnetic valve 42, and then is stored in the heat storage material 36 in the heat storage heat exchanger 34. From the accumulator 26 and returns to the suction port of the compressor 6 through the seventh pipe 40 and the refrigerant that passes through the fourth pipe 24.
  • the refrigerant returning to the accumulator 26 includes the liquid phase refrigerant returning from the outdoor heat exchanger 14. By mixing this with the high-temperature gas phase refrigerant returning from the heat storage heat exchanger 34, The evaporation of the phase refrigerant is promoted, and the liquid phase refrigerant does not return to the compressor 6 through the accumulator 26, so that the reliability of the compressor 6 can be improved.
  • the temperature of the outdoor heat exchanger 14 that has become below freezing due to the attachment of frost at the start of defrosting and heating is heated by the gas-phase refrigerant discharged from the discharge port of the compressor 6, and the frost is melted near zero degrees.
  • the temperature of the outdoor heat exchanger 14 begins to rise again.
  • the pipe temperature sensor 45 it is determined that the defrosting is completed, and an instruction from the defrosting / heating operation to the normal heating operation is output from the control device.
  • the seventh pipe 40 is joined to the side of the fourth pipe 24 at an angle of about 90 degrees.
  • the resistance of the inflow portion from the seventh pipe 40 to the fourth pipe 24 increases, and heat is stored from the sixth pipe 38.
  • the pressure loss of the entire bypass piping system that reaches the seventh piping 40 through the heat exchanger 34 may increase, and the circulation amount of the bypass piping system may decrease.
  • the heat exchange capacity of the heat storage heat exchanger 34 is very large.
  • the circulation amount of the heat storage heat exchanger 34 is small, the degree of superheat increases in the latter half of the heat storage heat exchanger 34. Since heat exchange cannot be performed, the heat exchange amount of the heat storage heat exchanger 34 may reach its peak, and the defrosting ability may not be sufficiently exhibited.
  • FIG. 5 shows another shape of the joining portion (A portion in FIG. 3) of the seventh pipe 40 and the fourth pipe 24 for improving this point.
  • the seventh pipe 40 is joined to the side of the fourth pipe 24 at an angle of less than 90 degrees from the upstream side of the fourth pipe 24.
  • this shape has a smaller collision loss when the refrigerant flowing through the seventh pipe 40 collides with the refrigerant in the fourth pipe 24, and the seventh pipe 40 to the fourth pipe 24. Therefore, the pressure loss of the entire bypass piping system from the sixth piping 38 through the heat storage heat exchanger 34 to the seventh piping 40 is reduced, and the circulation amount of the bypass piping system is increased. .
  • FIG. 6 shows a refrigeration cycle having yet another shape of the joining portion of the seventh pipe 40 and the fourth pipe 24.
  • FIG. 7 shows a joining portion of the seventh pipe 40 and the fourth pipe 24 (B in FIG. 6). Part).
  • the joining portion of the seventh pipe 40 and the fourth pipe 24 shown in FIG. 3 is between the four-way valve 8 and the accumulator 26, whereas in the present embodiment, as shown in FIG. A joining portion of the pipe 40 and the fourth pipe 24 is located between the accumulator 26 and the compressor 6.
  • the refrigerant that has evaporated and vaporized by absorbing heat from the heat storage material 36 in the heat storage heat exchanger 34 passes through the fourth pipe 24 between the four-way valve 8 and the accumulator 26 through the seventh pipe 40.
  • the refrigerant merges with the refrigerant and returns from the accumulator 26 to the suction port of the compressor 6.
  • the accumulator 26 whose temperature has decreased before the defrosting has a large heat capacity, and the high-temperature gas-phase refrigerant returned from the heat storage heat exchanger 34 during the defrosting is cooled by the accumulator 26, so Heat cannot be used sufficiently and the defrosting time may be extended.
  • the refrigerant from the outdoor heat exchanger 14 is returned to the compressor 6 without going through the accumulator 26, so that the heat of the high-temperature gas-phase refrigerant can be used for defrosting without waste. This can shorten the defrosting time.
  • This configuration is not limited to the present embodiment, but can be applied to the above-described first or second embodiment.
  • the joining part of the fourth pipe 24 and the seventh pipe 40 is formed in a substantially U shape, and the seventh pipe 40 is a part of the joining part with the fourth pipe 24. It is connected to the fourth pipe 24 so as to be substantially parallel to the fourth pipe 24 on the upstream side. That is, the refrigerant passing through the fourth pipe 24 and the refrigerant passing through the seventh pipe 40 are merged as a substantially parallel flow, thereby reducing the collision loss between them as much as possible.
  • the capacity of the compressor 6 is controlled to be low. The temperature hardly rises, and as a result, the temperature of the heat storage material 36 often does not rise.
  • frost grows on the outdoor heat exchanger 14 if the temperature of the outdoor heat exchanger 14 is below the freezing point and below the dew point temperature of the outdoor air.
  • frost growth is often slow, but in order to detect that defrosting operation is necessary, a certain amount of frost is attached and the outdoor heat exchanger 14 is clogged with frost. Since it is necessary for the temperature of the heat exchanger 14 to decrease, the amount of frost at the time of entering the defrosting operation is not different from the usual, and the amount of heat storage is small, so the defrosting time becomes longer or frost remains. There was a fear.
  • Such a tendency is a characteristic peculiar to the configuration of the present invention in which the heat storage amount depends on the operation state of the compressor 6 before the defrosting operation.
  • the temperature Ts of the heat storage material 36 is detected by the heat storage material temperature sensor 46 before the defrosting operation.
  • the first electromagnetic valve 30 and the second electromagnetic valve 42 are opened as described above.
  • the heat storage material temperature Ts detected before the start of defrosting is compared with a predetermined determination temperature.
  • This determination temperature is determined from the specific heat of the heat storage material 36 and the outdoor heat exchanger 14, but in the case of this embodiment, it is transmitted from the temperature when the compressor 6 is operated at a low capacity (for example, 40 ° C.). For example, 30 ° C. is determined in consideration of heat loss.
  • the outdoor temperature sensor 44 detects the outdoor air temperature To and compares it with a predetermined determination temperature.
  • the determination temperature is, for example, 1 ° C. in consideration of the fact that the amount of heat of outdoor air can contribute to defrosting and the design error only when the outdoor air temperature is 0 ° C. or higher. I have decided.
  • the defrosting operation is performed with the setting of operating the outdoor fan 48 as shown in the figure.
  • the defrosting operation is performed with the setting to stop the outdoor fan 48 as shown in the figure.
  • the temperature is determined at the start of the defrosting operation, and the operation state of the outdoor fan 48 during the defrosting operation is determined, but the outdoor air temperature is determined during the defrosting operation, Needless to say, the same effect can be obtained even when the operation of the outdoor fan is started or stopped.
  • the refrigeration cycle apparatus can improve the defrosting capability at high outdoor temperature in an air heat source type heat pump that uses the exhaust heat of the compressor. Therefore, the air conditioner, the water heater, and the heat pump type Useful for washing machines.

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Abstract

 除霜運転時には、圧縮機6の吐出冷媒が室外熱交換器14に導かれるとともに、室内熱交換器16を介して蓄熱熱交換器34に導かれ、室外熱交換器14を通った後の冷媒と、蓄熱熱交換器34で蓄熱材36と熱交換された冷媒と、が合流して圧縮機6の吸入側に導かれるよう構成し、かつ、室外温度センサ44によって検知した室外側気温が所定の値以上の場合は、室外送風ファン48を回転させるようにした。

Description

冷凍サイクル装置
 本発明は、圧縮機と室内熱交換器と膨張弁と室外熱交換器が互いに冷媒配管で接続された冷凍サイクル装置に関し、特に除霜運転時の圧縮機の信頼性を向上させることができる冷凍サイクル装置に関するものである。
 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槽を設け、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)。
 図9は、このような除霜方式を採用した冷凍サイクル装置の一例を示しており、室外機に設けられた圧縮機100と四方弁102と室外熱交換器104とキャピラリチューブ106と、室内機に設けられた室内熱交換器108とを冷媒配管で接続するとともに、キャピラリチューブ106をバイパスする第1バイパス回路110と、圧縮機100の吐出側から四方弁102を介して室内熱交換器108へ至る配管に一端を接続し他端をキャピラリチューブ106から室外熱交換器104へ至る配管に接続した第2バイパス回路112が設けられている。また、第1バイパス回路110には、二方弁114と逆止弁116と蓄熱熱交換器118が設けられ、第2バイパス回路112には、二方弁120と逆止弁122が設けられている。
 さらに、圧縮機100の周囲には蓄熱槽124が設けられており、蓄熱槽124の内部には、蓄熱熱交換器118と熱交換するための潜熱蓄熱材126が充填されている。
 この冷凍サイクルにおいて、除霜運転時には、二つの二方弁114,120が開制御され、圧縮機100から吐出された冷媒の一部は第2バイパス回路112へと流れ、残りの冷媒は四方弁102と室内熱交換器108へと流れる。また、室内熱交換器108を流れた冷媒は暖房に利用された後、わずかの冷媒がキャピラリチューブ106を通って室外熱交換器104へと流れる一方、残りの大部分の冷媒は第1バイパス回路110へ流入し、二方弁114を通って蓄熱熱交換器118へと流れて蓄熱材126より熱を奪い、逆止弁116を通った後、キャピラリチューブ106を通過した冷媒と合流して室外熱交換器104へと流れる。その後、室外熱交換器104の入口で第2バイパス回路112を流れてきた冷媒と合流し、冷媒が持つ熱を利用して除霜を行い、さらに四方弁102を通過した後、圧縮機100に吸入される。
 この冷凍サイクル装置においては、第2バイパス回路112を設けることで、除霜時に圧縮機100から吐出されたホットガスを室外熱交換器104に導くとともに、室外熱交換器104に流入する冷媒の圧力を高く保つことができるので、除霜能力を高めることができ、極めて短時間に除霜を完了することができる。
特開平3-31666号公報
 特許文献1に記載の冷凍サイクル装置においては、圧縮機100から吐出された冷媒と、蓄熱熱交換器118を通過する際に蓄熱材126に蓄積された熱を奪った冷媒とが、室外熱交換器104に供給されることにより、室外熱交換器104の除霜運転が行われる。そのため、蓄熱材126に十分な熱が蓄積されていないような場合にあっては、室外熱交換器104の確実な除霜運転を行うことができない場合が生じ得る。
 特に室外温度が高いときには、大きい暖房能力を必要としないために、圧縮機を低能力で長時間運転することが多く、このような場合は圧縮機の温度が低いために、蓄熱材126に十分な熱が蓄積されないことが多い。
 本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、蓄熱材の温度が上がりにくい、室外温度の高い条件において、室外熱交換器104の確実な除霜運転を行うことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
 上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機と、該圧縮機に接続された室内熱交換器と、該室内熱交換器と接続された膨張弁と、該膨張弁と接続された室外熱交換器と、室外送風ファンと室外温度検知手段を備え、室外熱交換器と圧縮機とが四方弁を介して接続された冷凍サイクル装置であって、圧縮機を囲むように配置され、圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材と、該蓄熱材に蓄熱された熱とで熱交換を行う蓄熱熱交換器と、をさらに有し、除霜運転時には、圧縮機の吐出冷媒が室外熱交換器に導かれるとともに、室内熱交換器を介して蓄熱熱交換器に導かれ、室外熱交換器を通った後の冷媒と、蓄熱熱交換器で蓄熱材と熱交換された冷媒と、が合流して圧縮機の吸入側に導かれるとともに室外温度検知手段によって検知した室外側気温が所定の値以上の場合は、室外送風ファンを回転させるようにしたものである。
 本発明によれば、蓄熱材の温度が上がりにくい、室外側気温の高い条件において、室外熱交換器に室外空気中の熱を供給することができるため、室外熱交換器の確実な除霜運転を行うことができる。
図1は本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置を備えた空気調和機の構成を示す図 図2は図1の空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図 図3は図1の空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図 図4は図1の空気調和機の冷媒配管における液相冷媒と気相冷媒の合流部分の形状を示す図 図5は本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置を備えた空気調和機の冷媒配管における液相冷媒と気相冷媒の合流部分の形状を示す図 図6は本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置を備えた空気調和機の構成を示す図 図7は図6の空気調和機の冷媒配管における液相冷媒と気相冷媒の合流部分の形状を示す図 図8は本発明の除霜運転における室外送風ファンの制御例を示すフローチャート 図9は従来の冷凍サイクル装置の構成を示す模式図
 第1の発明は、圧縮機と、該圧縮機に接続された室内熱交換器と、該室内熱交換器と接続された膨張弁と、該膨張弁と接続された室外熱交換器と、室外送風ファンと室外温度検知手段を備え、室外熱交換器と圧縮機とが四方弁を介して接続された冷凍サイクル装置であって、圧縮機を囲むように配置され、圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材と、該蓄熱材に蓄熱された熱とで熱交換を行う蓄熱熱交換器とをさらに有し、除霜運転時には、前記圧縮機の吐出冷媒が前記室外熱交換器に導かれるとともに、前記室内熱交換器を介して前記蓄熱熱交換器に導かれ、前記室外熱交換器を通った後の冷媒と、前記蓄熱熱交換器で前記蓄熱材と熱交換された冷媒と、が合流して前記圧縮機の吸入側に導かれる構成とし、かつ、室外温度検知手段によって検知した室外側気温が所定の値以上の場合は、室外送風ファンを回転させるようにしたものである。
 これにより、蓄熱材の温度が上がりにくい、室外側気温の高い条件において、室外熱交換器に室外空気中の熱を供給することができるため、室外熱交換器の確実な除霜運転を行うことができる。
 第2の発明は、特に第1の発明において、蓄熱材の温度を検知する蓄熱材温度検知手段をさらに有し、該蓄熱材温度検知手段が、蓄熱時の蓄熱材温度が所定の温度以下であることを検知した場合は、除霜運転時に前記室外送風ファンを回転させる。
 この構成により、特に蓄熱時に蓄熱材の温度が上がってない場合において、室外熱交換器に室外空気中の熱を供給することができるため、室外熱交換器の確実な除霜運転を行うことができるだけでなく、蓄熱材の蓄熱量が十分にあるときには、室外送風ファンを回転させずにすむため、より経済的である。
 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、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置を備えた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。
 なお、室外機2の内部には、室外熱交換器14と室外空気を熱交換させるための室外送風ファン48や、室外空気温度を検知する室外温度センサ44や、後述する蓄熱材36の温度を検知する蓄熱材温度センサ46も内蔵されている。
 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が設けられた第1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が設けられた第2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は第3配管22を介して接続され、室外熱交換器14と圧縮機6は第4配管24を介して接続されている。
 第4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第4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と第3配管22は、第5配管28を介して接続されており、第5配管28には第1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、第2配管20と蓄熱熱交換器34は第6配管38を介して接続され、蓄熱熱交換器34と第4配管24は第7配管40を介して接続されており、第6配管38には第2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、送風ファン(図示せず)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。
 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、電磁弁30,42、センサ等は制御装置(図示せず、例えばマイコン)に電気的に接続され、制御装置により制御される。
 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を暖房運転時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、第1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を出て第2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、第3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、第4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、第1配管18の圧縮機6吐出口と四方弁8の間から分岐した第5配管28は、第1電磁弁30を介して第3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、第2配管20から室内熱交換器16とストレーナ10の間で分岐した第6配管38は、第2電磁弁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の出口から出た第7配管40は、第4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。
 なお、図1では、ストレーナ10を、第2配管20における第6配管38との分流部分と膨張弁12の間に配置したが、第2配管20における室内熱交換器16と第6配管38との分流部分の間に配置しても、膨張弁12への異物侵入を防止するという機能は保持することができる。
 ただし、ストレーナ10には圧力損失があり、前者の配置にした方が、第2配管20における第6配管38との分流部分において、冷媒が第6配管38側に流れやすくなり、第6配管38から蓄熱熱交換器34を通って第7配管40に至るバイパス配管系の循環量が増加する。その結果、蓄熱材36の温度が高く蓄熱熱交換器34の熱交換能力が非常に大きい場合においても、蓄熱熱交換器34の循環量が多いため、蓄熱熱交換器34の後半部で過熱度が高くなって熱交換できなくなる現象が起こりにくくなり、蓄熱熱交換器34の熱交換量が十分発揮されて、除霜能力も十分に発揮されるという利点がある。
 次に、図1に示される空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図2を参照しながら通常暖房時の動作を説明する。
 通常暖房運転時、第1電磁弁30と第2電磁弁42は閉制御されており、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、第1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、第2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、第3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、第4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、図1に示される空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式的に示す図3を参照しながら除霜・暖房時の動作を説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示しており、破線矢印は除霜に供する冷媒の流れを示している。
 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。本発明に係る空気調和機には、図3に示されるように、室外熱交換器14の配管温度を検出する配管温度センサ45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配管温度センサ45で検出すると、制御装置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、第1電磁弁30と第2電磁弁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第5配管28と第1電磁弁30を通り、第3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、第4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。
 また、第2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、第6配管38と第2電磁弁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、第7配管40を通って第4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。
 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の温度上昇を配管温度センサ45で検出すると、除霜が完了したと判断し、制御装置から除霜・暖房運転から通常暖房運転への指示が出力される。
 次に、図4を参照しながら、第7配管40と第4配管24の合流部分(図3のA部)の形状について詳述する。
 図4に示される形状の場合、第4配管24の側方に約90度の角度で第7配管40が合流している。この形状は、第4配管24内の冷媒に第7配管40を流れる冷媒が衝突することから、第7配管40から第4配管24への流入部の抵抗が大きくなり、第6配管38から蓄熱熱交換器34を通って第7配管40に至るバイパス配管系全体の圧力損失が増加し、このバイパス配管系の循環量が少なくなることがある。
 蓄熱材36の温度が高い場合、蓄熱熱交換器34の熱交換能力は非常に大きく、蓄熱熱交換器34の循環量が少ないと、蓄熱熱交換器34の後半部で過熱度が高くなって熱交換できなくなるため、蓄熱熱交換器34の熱交換量が頭打ちになって、除霜能力が十分に発揮できないことがある。
 (実施の形態2)
 図5は、この点を改善するための第7配管40と第4配管24の合流部分(図3のA部)の別の形状を示している。
 図5に示される形状では、第4配管24の側方に第4配管24の上流側から90度未満の角度で第7配管40が合流している。この形状は、図4に示される形状と比較して、第4配管24内の冷媒に第7配管40を流れる冷媒が衝突する際の衝突損失が小さく、第7配管40から第4配管24への流入部の抵抗が小さくなることから、第6配管38から蓄熱熱交換器34を通って第7配管40に至るバイパス配管系全体の圧力損失が減少し、バイパス配管系の循環量が増加する。
 その結果、蓄熱材36の温度が高く蓄熱熱交換器34の熱交換能力が非常に大きい場合においても、蓄熱熱交換器34の循環量が多いため、蓄熱熱交換器34の後半部で過熱度が高くなって熱交換できなくなる現象が起こりにくくなり、蓄熱熱交換器34の熱交換量が十分発揮されて、除霜能力も十分に発揮される。
 (実施の形態3)
 図6は、第7配管40と第4配管24の合流部分のさらに別の形状を持つ冷凍サイクルを示しており、図7は第7配管40と第4配管24の合流部分(図6のB部)を示している。
 図3に示される第7配管40と第4配管24の合流部分は、四方弁8とアキュームレータ26の間であったのに対し、本実施の形態では、図6に示されるように、第7配管40と第4配管24の合流部分はアキュームレータ26と圧縮機6の間に位置している。
 図3の構成では、蓄熱熱交換器34で蓄熱材36から吸熱して蒸発、気相化した冷媒は、第7配管40を通って四方弁8とアキュームレータ26の間で第4配管24を通る冷媒に合流して、アキュームレータ26から圧縮機6の吸入口へと戻っている。
 しかしながら、除霜前に温度が低下したアキュームレータ26は大きい熱容量を持っており、除霜時に蓄熱熱交換器34から戻ってくる高温の気相冷媒が、アキュームレータ26で冷却されてしまい、除霜に熱を十分使用することができず、除霜時間が延びてしまうことがある。
 これに対し、本実施の形態では、室外熱交換器14からの冷媒をアキュームレータ26を介することなく圧縮機6に戻すことで、高温の気相冷媒の熱を除霜に無駄なく使用することができ、除霜時間の短縮を図ることができる。
 なお、この構成は、本実施の形態に限られるものではなく、上述した実施の形態1あるいは2にも適用できるものである。
 また、図6及び図7に示されるように、第4配管24と第7配管40の合流部分は略U字状に形成されており、第7配管40が第4配管24との合流部分の上流側で第4配管24と略平行となるように第4配管24に接続されている。すなわち、第4配管24を通る冷媒と第7配管40を通る冷媒を略平行流として合流させることで、両者の衝突損失を極力低減している。
 <室外送風ファンの制御>
 次に、制御動作を示す図8を参照しながら、室外送風ファン48等の制御について説明する。以下に記載する室外送風ファンの制御は、上述した各実施の形態の冷凍サイクル装置に適用することができる。
 暖房運転時、室外空気温度が高い場合に、一般的には大きい暖房能力を必要とせず、本発明のような冷凍装置では、圧縮機6の能力が低く制御されるために、圧縮機6の温度が上昇しにくく、その結果、蓄熱材36の温度も上昇しないことが多い。
 一方で、外気温が高い場合でも、室外熱交換器14の温度が氷点下であり、なおかつ室外空気の露点温度を下回っていれば、室外熱交換器14には霜が成長する。
 このような場合、霜の成長は遅い場合が多いが、除霜運転が必要なことを検知するためには、一定量の霜が付いて室外熱交換器14が霜で目詰まりして、室外熱交換器14の温度が下がることが必要なため、除霜運転に入る時点での霜量は通常と変わらず、蓄熱量が少ないことで、除霜時間が長くなったり、霜が残ってしまう恐れがあった。
 このような傾向は、蓄熱量が、除霜運転前の圧縮機6の運転状況に左右される、本発明のような構成に特有の性質である。
 図8において、除霜運転前に、蓄熱材温度センサ46で蓄熱材36の温度Tsを検知する。
 着霜が進行して、除霜が必要と判定した場合(着霜判定方法については省略)、前述のように第1電磁弁30、第2電磁弁42を開く。
 ほぼ同時に、除霜開始前に検知した蓄熱材温度Tsを予め決めた判定用温度と比較する。この判定用温度は、蓄熱材36の比熱や、室外熱交換器14から決められるが、本実施例の場合、圧縮機6が低能力で運転した場合の温度(例えば40℃)から、それに伝熱の損失等を考慮して例えば30℃に決めている。
 また、同時に、室外温度センサ44で室外空気温度Toを検知し、これも予め決めた判定用温度と比較する。この判定用温度は、室外空気温度が0℃以上の場合のみ、室外空気の持つ熱量が除霜に資することができることと、設計的な誤差を考慮して、本実施例の場合、例えば1℃に決めている。
 上記の、双方の温度判定が共に、成立した場合、図のように室外送風ファン48を運転する設定で、除霜運転を行う。
 一方、双方の温度判定のどちらかが成立しない場合、図のように室外送風ファン48を停止する設定で、除霜運転を行う。
 本実施例では、除霜運転開始時点で、温度判定を行い、除霜運転中の室外送風ファン48の運転状態を決めているが、除霜運転の途中で、室外空気温度の判定を行い、室外送風ファンの運転を開始、あるいは停止しても同様の効果を奏することはいうまでもない。
 本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機の排熱を利用する、空気熱源式のヒートポンプにおいて、高室外気温時の除霜能力を向上させることができるので、空気調和機、給湯器、ヒートポンプ式洗濯機等に有用である。
2 室外機、 4 室内機、 6 圧縮機、 8 四方弁、
10 ストレーナ、 12 膨張弁、 14 室外熱交換器、
16 室内熱交換器、 18 第1配管、 20 第2配管、
22 第3配管、 24 第4配管、 26 アキュームレータ、
28 第5配管、 30 第1電磁弁、 32 蓄熱槽、
34 蓄熱熱交換器、 36 蓄熱材、 38 第6配管、
40 第7配管、 42 第2電磁弁、 44 室外温度センサ、
45 配管温度センサ、 46 蓄熱材温度センサ、
48 室外送風ファン。

Claims (2)

  1. 圧縮機と、該圧縮機に接続された室内熱交換器と、該室内熱交換器と接続された膨張弁と、該膨張弁と接続された室外熱交換器と、室外送風ファンと室外温度検知手段を備え、前記室外熱交換器と圧縮機とが四方弁を介して接続された冷凍サイクル装置であって、
     前記圧縮機を囲むように配置され、前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材と、該蓄熱材に蓄熱された熱とで熱交換を行う蓄熱熱交換器とをさらに有し、
     除霜運転時には、前記圧縮機の吐出冷媒が前記室外熱交換器に導かれるとともに、前記室内熱交換器を介して前記蓄熱熱交換器に導かれ、前記室外熱交換器を通った後の冷媒と、前記蓄熱熱交換器で前記蓄熱材と熱交換された冷媒と、が合流して前記圧縮機の吸入側に導かれるように構成し、かつ、前記室外温度検知手段によって検知した室外側気温が所定の値以上の場合は、室外送風ファンを回転させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 前記蓄熱材の温度を検知する蓄熱材温度検知手段をさらに有し、該蓄熱材温度検知手段が、蓄熱時の蓄熱材温度が所定の温度以下であることを検知した場合は、除霜運転時に前記室外送風ファンを回転させることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
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