WO2017042912A1 - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
空気調和装置は、膨張弁と室外熱交換器との間に設けられた切替弁と、第1端部が圧縮機と室内熱交換器とを接続する冷媒配管に接続され、第2端部が切替弁に接続されたバイパス回路と、を備える。暖房運転時、空気調和装置は、切替弁の回転体を回転させて、並列接続された室外熱交換器の各流路を順々にバイパス回路と接続し、暖房運転を行いながら、室外熱交換器を除霜する。
Description
本発明は、暖房運転と室外熱交換器の除霜とを同時に行う空気調和装置に関するものである。
空気調和装置において暖房運転を行った場合、室外空気の湿度が高いと室外熱交換器に着霜を生ずる。着霜が生ずると室外熱交換器の通風路が狭まるため、室外熱交換器を循環する室外空気の量が減少する。循環する室外空気の量が減少すると、熱交換量が少なくなるため、これを補おうとする如く室外熱交換器内を流れる冷媒の蒸発温度が下がる。冷媒の蒸発温度が下がると室外熱交換器の外気側の表面温度も下がり、益々着霜を生じやすくなり、着霜が進行する。このままでは室外熱交換器で室外空気から汲み上げる熱量が減少するため、室内熱交換器から放熱する熱量も減少する。このため、従来、空気調和装置では、室外熱交換器に着霜した場合、室外熱交換器の除霜が行われている。
このような室外熱交換器の除霜を行う従来の空気調和装置には、除霜運転中に暖房運転を停止することで室内の快適性が損なわれることを防止するため、暖房運転を行いながら室外熱交換器の除霜を行うものも提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。詳しくは、特許文献1,2に記載の空気調和装置は、並列接続された複数の流路で室外熱交換器を構成している。そして、特許文献1,2に記載の空気調和装置は、暖房運転中にこれらの流路の一部に圧縮機から吐出された高温のガス冷媒を流し、圧縮機から吐出された高温のガス冷媒を流す流路を順次切り替えることにより、暖房運転を行いながら室外熱交換器の除霜を行う構成となっている。
特許文献1に記載の空気調和装置は、暖房運転時、室外熱交換器の全ての流路に、膨張弁で減圧された低温の冷媒が流入する構成となっている。このため、特許文献1に記載の空気調和装置は、室外熱交換器の一部の流路に圧縮機から吐出された高温のガス冷媒を供給して、室外熱交換器の一部を除霜する際、圧縮機から吐出された高温のガス冷媒と膨張弁で減圧された低温の冷媒とが混ざり合った後、室外熱交換器の一部の流路に供給される。このため、特許文献1に記載の空気調和装置は、除霜のために室外熱交換器の一部の流路に供給する冷媒の温度が低下してしまい、除霜時間が長くなってしまうという課題があった。
一方、特許文献2に記載の空気調和装置は、室外熱交換器の一部の流路に圧縮機から吐出された高温のガス冷媒を供給して、室外熱交換器の一部を除霜する際、複数の電磁弁を用いて該流路の接続先を切り替え、該流路に膨張弁で減圧された低温の冷媒が流入しない構成としている。このため、特許文献2に記載の空気調和装置は、除霜のために室外熱交換器の一部の流路に供給する冷媒の温度が低下してしまい、除霜時間が長くなってしまうことを防止できる。しかしながら、特許文献2に記載の空気調和装置は、室外熱交換器の流路の接続先を切り替えるために複数の電磁弁を必要とするため、空気調和装置の室外機が大型化してしまい、室外機の設置スペースが増大してしまうという課題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、暖房運転を行いながら室外熱交換器の除霜を行う空気調和装置において、除霜時間が長くなることを防止でき、室外機の設置スペースが増大することを防止できる空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、及び、蒸発器として機能する室外熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間に設けられた切替弁と、第1端部及び第2端部を有し、前記第1端部が前記圧縮機と前記室内熱交換器との間に接続され、前記第2端部が前記切替弁に接続されたバイパス回路と、を備え、前記室外熱交換器は、前記膨張弁と前記圧縮機の吸入側との間に並列に接続された第1流路及び第2流路を備え、前記切替弁は、本体と、回転体と、前記本体に形成されて前記膨張弁に連通する第1流入口と、前記回転体に形成されて前記バイパス回路の前記第2端部に連通する第2流入口と、前記本体に形成されて前記第1流路に連通する第1流出口と、前記本体に形成されて前記第2流路に連通する第2流出口と、を備え、前記回転体は、複数の角度位置の間で回転するものであり、前記角度位置として、前記第1流入口が前記第2流出口と連通し、前記第2流入口が前記第1流出口と連通する第1角度位置、前記第1流入口が前記第1流出口と連通し、前記第2流入口が前記第2流出口と連通する第2角度位置、及び、前記第1流入口が前記第1流出口及び前記第2流出口の双方に連通する第3角度位置を有するものである。
また、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、及び、蒸発器として機能する室外熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間に設けられた切替弁と、第1端部及び第2端部を有し、前記第1端部が前記圧縮機と前記室内熱交換器との間に接続され、前記第2端部が前記切替弁に接続されたバイパス回路と、を備え、前記室外熱交換器は、前記膨張弁と前記圧縮機の吸入側との間に並列に接続された第1流路及び第2流路を備え、前記切替弁は、本体と、回転体と、前記回転体に形成されて前記膨張弁に連通する第1流入口と、前記本体に形成されて前記バイパス回路の前記第2端部に連通する第2流入口と、前記本体に形成されて前記第1流路に連通する第1流出口と、前記本体に形成されて前記第2流路に連通する第2流出口と、を備え、前記回転体は、複数の角度位置の間で回転するものであり、前記角度位置として、前記第1流入口が前記第2流出口と連通し、前記第2流入口が前記第1流出口と連通する第1角度位置、前記第1流入口が前記第1流出口と連通し、前記第2流入口が前記第2流出口と連通する第2角度位置、及び、前記第1流入口が前記第1流出口及び前記第2流出口の双方に連通する第3角度位置を有するものである。
本発明に係る空気調和装置は、暖房運転中、切替弁を切り替えることにより、室外熱交換器の第1流路及び第2流路に圧縮機から吐出した高温の冷媒を順次供給できるので、暖房運転を行いながら室外熱交換器の除霜を行うことができる。この際、本発明に係る空気調和装置においては、第1流路及び第2流路の冷媒の流入側の接続先を、1つの切替弁で圧縮機の吐出側又は膨張弁側に切り替えることができる。つまり、本発明に係る空気調和装置は、1つの切替弁で、除霜のために室外熱交換器の一部の流路に供給する冷媒の温度が低下してしまい、除霜時間が長くなってしまうことを防止できる。したがって、本発明に係る空気調和装置は、室外機が大型化することも防止できるので、室外機の設置スペースが増大することも防止できる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。図2は、この空気調和装置の室外熱交換器近傍を示す冷媒回路図である。図3は、この空気調和装置の切替弁を示す斜視図である。図4は、この空気調和装置の切替弁を示す縦断面図である。図5は、この空気調和装置の切替弁を示す平面図である。また、図6は、この空気調和装置のハードウェア構成図及び機能ブロック図である。
なお、図3及び図5では、切替弁40の内部構造の理解を容易にするため、切替弁40の一部を透過して示している。
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。図2は、この空気調和装置の室外熱交換器近傍を示す冷媒回路図である。図3は、この空気調和装置の切替弁を示す斜視図である。図4は、この空気調和装置の切替弁を示す縦断面図である。図5は、この空気調和装置の切替弁を示す平面図である。また、図6は、この空気調和装置のハードウェア構成図及び機能ブロック図である。
なお、図3及び図5では、切替弁40の内部構造の理解を容易にするため、切替弁40の一部を透過して示している。
本実施の形態1に係る空気調和装置100は、圧縮機1、室内熱交換器3、膨張弁4及び室外熱交換器10を有する冷凍サイクル回路100aを備えている。つまり、空気調和装置100は、室内熱交換器3が凝縮器として機能し、室外熱交換器10が蒸発器として機能し、暖房運転を行うことができる冷凍サイクル回路100aを備えている。また、空気調和装置100は、膨張弁4と室外熱交換器10との間に設けられた切替弁40を備えている。また、空気調和装置100は、第1端部及び第2端部を有するバイパス回路35を備えている。バイパス回路35の第1端部は、圧縮機1と室内熱交換器3との間、つまり圧縮機1の吐出側に接続されている。なお、本実施の形態1では、圧縮機1と室内熱交換器3とを接続する配管6に、バイパス回路35の第1端部を接続している。バイパス回路35の第2端部は、切替弁40に接続されている。
圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にするものである。圧縮機1の種類は特に限定されるものではなく、例えば、レシプロ、ロータリー、スクロール又はスクリュー等の各種タイプの圧縮機構を用いて圧縮機1を構成することができる。圧縮機1は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプのもので構成するとよい。
室内熱交換器3は、内部を流れる冷媒と室内空気とを熱交換させる例えばフィンチューブ型の空気式熱交換器である。利用側熱交換器として空気式熱交換器の室内熱交換器3を用いる場合、室内熱交換器3の周辺に、熱交換対象である室内空気を室内熱交換器3に供給する室内送風機を設けるとよい。室内熱交換器3は、圧縮機1の吐出側に接続されている。なお、室内熱交換器3は、空気式熱交換器に限定されるものではない。室内熱交換器3の種類は冷媒の熱交換対象に応じて適宜選択すればよく、水又はブラインが熱交換対象の場合であれば、水熱交換器で室内熱交換器3を構成してもよい。つまり、室内熱交換器3で冷媒と熱交換した水又はブラインを室内に供給し、室内に供給した水又はブラインで暖房を行ってもよい。
膨張弁4は、冷媒を減圧して膨張させるものである。
室外熱交換器10は、内部を流れる冷媒と室外空気とを熱交換させる例えばフィンチューブ型の空気式熱交換器である。この室外熱交換器10は、膨張弁4と圧縮機1の吸入側との間に並列に接続された複数の流路を備えている。なお、本実施の形態1では、並列接続された5つの流路11a~15aを備えた室外熱交換器10を例に説明する。
図2に示すように、本実施の形態1に係る室外熱交換器10は、各流路11a~15aを、異なるフィンチューブ型の熱交換器として構成している。詳しくは、熱交換器11は、規定のピッチ間隔で並設された複数のフィン11bと、これらのフィン11bを貫通して設けられた伝熱管である流路11aと、を備えている。熱交換器12は、規定のピッチ間隔で並設された複数のフィン12bと、これらのフィン12bを貫通して設けられた伝熱管である流路12aと、を備えている。熱交換器13は、規定のピッチ間隔で並設された複数のフィン13bと、これらのフィン13bを貫通して設けられた伝熱管である流路13aと、を備えている。熱交換器14は、規定のピッチ間隔で並設された複数のフィン14bと、これらのフィン14bを貫通して設けられた伝熱管である流路14aと、を備えている。熱交換器15は、規定のピッチ間隔で並設された複数のフィン15bと、これらのフィン15bを貫通して設けられた伝熱管である流路15aと、を備えている。
そして、これら熱交換器11~15を並列接続して、室外熱交換器10が構成されている。また、室外熱交換器10は、上方から下方に向かって熱交換器11~15が並設された構成となっている。換言すると、室外熱交換器10は、上方から下方に向かって流路11a~15aが並設された構成となっている。
このように構成された室外熱交換器10は、各流路11a~15aにおける膨張弁4側の端部が切替弁40に接続されている。また、各流路11a~15aにおける膨張弁4とは反対側の端部は、ヘッダ30に接続されている。ヘッダ30は、配管7を介して圧縮機1の吸入側に接続されている。
図3~図5に示すように、切替弁40は、本体50と、該本体50に対して回転自在に設けられた回転体51とを備えている。本体50は、下部50aが閉塞され、上部が開口した例えば円筒形状をしている。そして、本体50には、第1流入口46、及び流路11a~15aに対応した数の流出口41~45が形成されている。本実施の形態1では、第1流入口46及び流出口41~45は、本体50の下部50aに形成されている。また、本実施の形態1では、本体50の内部に連通するように配管を設け、本体50の下部50aに第1流入口46及び流出口41~45を形成している。また、流出口41~45は、平面視において同一仮想円上に配置されている。
図1及び図2に示すように、第1流入口46は、配管6を介して膨張弁4と連通している。流出口41は、室外熱交換器10の流路11aと連通している。流出口42は、室外熱交換器10の流路12aと連通している。流出口43は、室外熱交換器10の流路13aと連通している。流出口44は、室外熱交換器10の流路14aと連通している。また、流出口45は、室外熱交換器10の流路15aと連通している。
再び図3~図5に着目すると、回転体51は、上部51aが閉塞され、下部部が開口した例えば円筒形状をしている。この回転体51は、本体50の上部開口を閉塞するように、本体50に取り付けられている。また、回転体51は、外周部に歯車52を備えている。この歯車52は、モータ55の回転軸55aに取り付けられた歯車56と噛み合っている。そして、モータ55の駆動力が歯車56及び歯車52を介して回転体51に伝達されると、回転体51は、平面視において、流出口41~45が配置されている仮想円の中心を回転中心として、後述する各角度位置の間で回転する構成となっている。
この回転体51には、第2流入口47が形成されている。本実施の形態1では、第2流入口47は、回転体51の上部51aに形成されている。また、第2流入口47は、平面視において、流出口41~45が配置されている仮想円の中心に配置されている。なお、本実施の形態1では、回転体51の内部に連通するように配管を設け、第2流入口47を形成している。図1及び図2に示すように、第2流入口47は、バイパス回路35に連通している。
第2流入口47には、例えば側面視L字状又はZ字状等の接続配管48が接続されている。この接続配管48における第2流入口47との接続側端部とは反対側の端部48aは、本体50の下部50aと対向して配置されている。また、接続配管48の端部48aは、接続配管48が回転体51と共に回転した際、平面視において、流出口41~45が配置されている仮想円上を移動する位置となっている。
このように構成された切替弁40においては、回転体51が回転して、平面視で接続配管48の端部48aが流出口41~45のいずれかと対向した角度位置になった場合、端部48aに対向した流出口と第2流入口47とが連通することとなる。そして、端部48aに対向していない流出口と第1流入口46とが、本体50の内部空間を介して連通することとなる。例えば、図3に示すように、接続配管48の端部48aと流出口41とが対向した場合、回転体51は、第2流入口47と流出口41とが連通し、第1流入口46と流出口42~45とが連通した角度位置となる。
また、図5に示すように、平面視で接続配管48の端部48aが流出口41~45のいずれとも対向していない角度位置に回転体51がなった場合、接続配管48の端部48aは本体50の下部50aに閉塞された状態となる。つまり、バイパス回路35及び切替弁40によって構成される圧縮機1の吐出側から室外熱交換器10へ至る流路は、本体50の下部50aによって閉塞されることとなる。このとき、流出口41~45の全てが、本体50の内部空間を介して第1流入口46と連通する。
つまり、切替弁40は、回転体51が回転して角度位置が変わることにより、第1流入口46及び第2流入口47に連通する流出口が切り替わる構成となっている。
つまり、切替弁40は、回転体51が回転して角度位置が変わることにより、第1流入口46及び第2流入口47に連通する流出口が切り替わる構成となっている。
なお、本実施の形態1に係る空気調和装置100には、室外熱交換器10が凝縮器として機能し、室内熱交換器3が蒸発器として機能する冷房運転を実現可能とするため、例えば四方弁である流路切替装置2が冷凍サイクル回路100aに設けられている。この流路切替装置2は、圧縮機1の吐出側に設けられている。流路切替装置2は、圧縮機1の吐出側と室内熱交換器3とが接続する流路(本発明の第3流路)、あるいは、圧縮機1の吐出側と室外熱交換器10とが接続する流路(本発明の第4流路)に切り替えるものである。圧縮機1の吐出側を室外熱交換器10と接続させ、圧縮機1の吸入側を室内熱交換器3と接続させることにより、冷凍サイクル回路100aは、圧縮機1、室外熱交換器10、膨張弁4及び室内熱交換器3が順次冷媒配管で接続される構成となる。これにより、空気調和装置100は、暖房運転だけではなく、冷房運転を行うことも可能となる。
また、空気調和装置100には、暖房運転時において室外熱交換器10と圧縮機1の吸入側との間になる位置に、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ5が設けられている。なお、余剰冷媒が発生しない場合には、アキュムレータ5を設けなくともよい。
上述した空気調和装置100の構成は、図1に示すように室外機101又は室内機102に収納されている。詳しくは、圧縮機1、流路切替装置2、膨張弁4、切替弁40、室外熱交換器10及びヘッダ30が、室外機101に収納されている。室内熱交換器3が、室内機102に収納されている。
また、空気調和装置100は、各種センサ、及び、これらのセンサの検出値に基づいて切替弁40等の駆動機器を制御する制御装置70を備えている。
具体的には、図1に示すように、空気調和装置100は、室外機101に、室外温度を検出する室外温度センサ60が設けられている。また、図2に示すように、空気調和装置100は、室外熱交換器10の流路11a~15aのそれぞれに、流路11a~15aを流れる冷媒の温度を検出する温度センサ61~65が設けられている。温度センサ61~65は、暖房運転時に冷媒流れの下流側となる位置、換言すると、出口近傍に配置されている。室外温度センサ60及び温度センサ61~65は、例えばサーミスタである。図6に示すように、室外温度センサ60及び温度センサ61~65は制御装置70に電気的に接続され、制御装置70が室外温度センサ60及び温度センサ61~65の検出値を取得可能な構成となっている。
具体的には、図1に示すように、空気調和装置100は、室外機101に、室外温度を検出する室外温度センサ60が設けられている。また、図2に示すように、空気調和装置100は、室外熱交換器10の流路11a~15aのそれぞれに、流路11a~15aを流れる冷媒の温度を検出する温度センサ61~65が設けられている。温度センサ61~65は、暖房運転時に冷媒流れの下流側となる位置、換言すると、出口近傍に配置されている。室外温度センサ60及び温度センサ61~65は、例えばサーミスタである。図6に示すように、室外温度センサ60及び温度センサ61~65は制御装置70に電気的に接続され、制御装置70が室外温度センサ60及び温度センサ61~65の検出値を取得可能な構成となっている。
制御装置70は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう)で構成される。制御装置70は、例えば室外機101に収納されている。
制御装置70が専用のハードウェアである場合、制御装置70は、例えば、単一回路、複合回路、ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field-programmable gate array)、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置70が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。
制御装置70がCPUの場合、制御装置70が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。CPUは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置70の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。
なお、制御装置70の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。
本実施の形態1に係る制御装置70は、図6に示すように、機能部として、角度位置決定部71、流路決定部72、制御部73及び計時部74を備えている。
角度位置決定部71は、例えば室外温度センサ60及び温度センサ61~65の検出値に基づいて、切替弁40の回転体51の角度位置を決定するものである。つまり、角度位置決定部71は、切替弁40の第1流入口46及び第2流入口47を流出口41~45のどれと連通させるかを決定するものである。
流路決定部72は、流路切替装置2の流路を決定するものである。本実施の形態1に係る空気調和装置100は、制御装置70と通信可能なリモートコントローラ75を備えている。例えば、使用者がリモートコントローラ75で暖房運転を選択した場合、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、圧縮機1の吐出側と室内熱交換器3とが接続する流路に決定する。つまり、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、図1に実線で示す流路に決定する。また例えば、使用者がリモートコントローラ75で冷房運転を選択した場合、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、圧縮機1の吐出側と室外熱交換器10とが接続する流路に決定する。つまり、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、図1に破線で示す流路に決定する。
制御部73は、切替弁40を制御し、換言するとモータ55を制御し、角度位置決定部71が決定した角度位置に切替弁40の回転体51の角度位置を切り替えるものである。また、制御部73は、流路決定部72の決定結果に応じて流路切替装置2を制御して、流路切替装置2の流路を切り替えるものである。また、制御部73は、圧縮機1の起動、停止及び回転数、膨張弁4の開度等も制御する。
計時部74は、圧縮機1の駆動時間等を計測するものである。
計時部74は、圧縮機1の駆動時間等を計測するものである。
[動作説明]
続いて、空気調和装置100における暖房運転時及び冷房運転時の動作について説明する。
続いて、空気調和装置100における暖房運転時及び冷房運転時の動作について説明する。
(暖房運転)
暖房運転時、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、圧縮機1の吐出側と室内熱交換器3とが接続する流路に決定する。また、角度位置決定部71は、切替弁40の回転体51の角度位置を、流出口41~45の全てが第1流入口46と連通する角度位置に決定する。制御部73は、流路決定部72及び角度位置決定部71の決定結果に応じて流路切替装置2及び切替弁40を切り替え、圧縮機1を起動させる。
暖房運転時、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、圧縮機1の吐出側と室内熱交換器3とが接続する流路に決定する。また、角度位置決定部71は、切替弁40の回転体51の角度位置を、流出口41~45の全てが第1流入口46と連通する角度位置に決定する。制御部73は、流路決定部72及び角度位置決定部71の決定結果に応じて流路切替装置2及び切替弁40を切り替え、圧縮機1を起動させる。
圧縮機1が起動すると、圧縮機1の吸入口から冷媒が吸入される。そして、この冷媒は、高温高圧のガス冷媒となって、圧縮機1の吐出口から吐出される。圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置2を介して室内熱交換器3に流入する。そして、室内熱交換器3に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内空気を加熱し、液状態の冷媒となって室内熱交換器3から流出する。室内熱交換器3から流出した冷媒は、膨張弁4へ流入する。膨張弁4へ流入した液状冷媒は、膨張弁4で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁4から流出する。
膨張弁4から流出した低温の気液二相冷媒は、配管6を介して、切替弁40に流入する。詳しくは、膨張弁4から流出した低温の気液二相冷媒は、第1流入口46から本体50内部に流入する。そして、この気液二相冷媒は、切替弁40の流出口41~45のそれぞれから流出する。このとき、本実施の形態1に係る切替弁40においては、第1流入口46及び流出口41~45が、本体50の下部50aに形成されている。このため、第1流入口46から本体50内部に流入した気液二相冷媒は、回転体51の上部51aに衝突し、気相冷媒と液相冷媒とが混ざり合った後、流出口41~45のそれぞれから流出する。したがって、本実施の形態1に係る切替弁40は、ディストリビュータとして機能し、流出口41~45のそれぞれから流出する気液二相冷媒の気液混合率を均一化することができる。
切替弁40の流出口41~45のそれぞれから流出した低温の気液二相冷媒は、これらの流出口に連通している室外熱交換器10の流路11a~15aのそれぞれに流入する。室外熱交換器10の流路11a~15aに流入した冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発した後、流路11a~15aから低圧のガス冷媒として流出する。室外熱交換器10の流路11a~15aから流出した低圧のガス冷媒は、ヘッダ30で合流した後、配管7、流路切替装置2及びアキュムレータ5と通って、圧縮機1に再び吸入される。
(除霜運転)
暖房運転中、室外空気の湿度が高いと、室外熱交換器10に着霜を生ずる。着霜が生ずると、室外熱交換器10の通風路が狭まるため、室外熱交換器10を循環する室外空気の量が減少する。循環する室外空気の量が減少すると、熱交換量が少なくなるため、これを補おうとする如く室外熱交換器10内を流れる冷媒の蒸発温度が下がる。冷媒の蒸発温度が下がると室外熱交換器10の外気側の表面温度も下がり、益々着霜を生じやすくなり、着霜が進行する。このままでは室外熱交換器10で室外空気から汲み上げる熱量が減少するため、室内熱交換器3から放熱する熱量も減少する。
暖房運転中、室外空気の湿度が高いと、室外熱交換器10に着霜を生ずる。着霜が生ずると、室外熱交換器10の通風路が狭まるため、室外熱交換器10を循環する室外空気の量が減少する。循環する室外空気の量が減少すると、熱交換量が少なくなるため、これを補おうとする如く室外熱交換器10内を流れる冷媒の蒸発温度が下がる。冷媒の蒸発温度が下がると室外熱交換器10の外気側の表面温度も下がり、益々着霜を生じやすくなり、着霜が進行する。このままでは室外熱交換器10で室外空気から汲み上げる熱量が減少するため、室内熱交換器3から放熱する熱量も減少する。
このため、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、室外熱交換器10に着霜した場合、室外熱交換器10の除霜運転を行う。なお、室外熱交換器10に着霜したか否かの判断は、公知の種々の構成を用いればよい。例えば、室外温度と室外熱交換器10を流れる冷媒の温度との差が規定値以上となった場合、室外熱交換器10に着霜したと判断してもよい。室外温度は、室外温度センサ60で検出することができる。また、室外熱交換器10を流れる冷媒の温度は、温度センサ61~66のいずれかの検出値を用いることができる。なお、圧縮機1の吸入側に圧力センサを設け、該圧力センサの検出値を蒸発温度に換算し、室外熱交換器10を流れる冷媒の温度としてもよい。また例えば、圧縮機の駆動時間が規定時間以上経過した場合、室外熱交換器10に着霜したと判断してもよい。この室外熱交換器10に着霜したか否かの判断は、角度位置決定部71が行う。
具体的には、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、室外熱交換器10に着霜した場合、以下のように室外熱交換器10の除霜運転を行う。
角度位置決定部71は、切替弁40の回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口41~45の何れかとが連通する角度位置に決定する。そして、制御部73は、回転体51がこの角度位置となるように、切替弁40を制御する。
角度位置決定部71は、切替弁40の回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口41~45の何れかとが連通する角度位置に決定する。そして、制御部73は、回転体51がこの角度位置となるように、切替弁40を制御する。
例えば、角度位置決定部71が、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口41とが連通する角度位置に決定したとする。この場合、圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒は、バイパス回路35を通って第2流入口47から切替弁40に流入する。そして、この高温のガス冷媒は、流出口41から流出し、該流出口41と連通している室外熱交換器10の流路11aに流入する。流路11a内を高温のガス冷媒が流れることにより、流路11a及び該流路11aの周辺を除霜することができる。ここで、本実施の形態1に係る切替弁40においては、流出口41以外の流出口42~45は、つまり第2流入口47と連通していない流出口42~45は、第1流入口46と連通している。このため、膨張弁4から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、流出口42~45に連通している室外熱交換器10の流路12a~15aに流入する。すなわち、室外熱交換器10の流路12a~15a部分、換言すると熱交換器12~15は蒸発器として機能する。したがって、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、暖房運転を行いながら除霜することができる。
図7は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置が除霜運転を行っている状態における、室外熱交換器の各流路に設けられた温度センサの検出値の変化を説明するための説明図である。
室外熱交換器10の流路11aに高温のガス冷媒を供給し、流路11a及び該流路11a周辺の除霜を開始すると、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜を溶かす過程で冷媒が冷却される。このため、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜が溶け終わるまでは、流路11aに設けられた温度センサ61の検出値は、霜と同じ0℃で一定となる。そして、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜が溶け終わると、流路11aに設けられた温度センサ61の検出値は上昇する。このため、角度位置決定部71は、温度センサ61の検出値が規定値以上になった場合、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜が溶け終わったと判断し、切替弁40の回転体51の角度位置を異ならせる決定をする。
ここで、この規定値が、本発明の第1規定値に相当する。規定値は、例えば5℃である。
室外熱交換器10の流路11aに高温のガス冷媒を供給し、流路11a及び該流路11a周辺の除霜を開始すると、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜を溶かす過程で冷媒が冷却される。このため、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜が溶け終わるまでは、流路11aに設けられた温度センサ61の検出値は、霜と同じ0℃で一定となる。そして、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜が溶け終わると、流路11aに設けられた温度センサ61の検出値は上昇する。このため、角度位置決定部71は、温度センサ61の検出値が規定値以上になった場合、流路11a及び該流路11aの周辺に付着した霜が溶け終わったと判断し、切替弁40の回転体51の角度位置を異ならせる決定をする。
ここで、この規定値が、本発明の第1規定値に相当する。規定値は、例えば5℃である。
具体的には、温度センサ61の検出値が規定値以上になった場合、角度位置決定部71は、今回の室外熱交換器10の除霜運転中に未だ第2流入口47と接続されていない流出口42~45のいずれかと、第2流入口47とが連通する角度位置に、切替弁40の回転体51の角度位置を決定する。そして、制御部73は、回転体51がこの角度位置となるように、切替弁40を制御する。
例えば、角度位置決定部71が、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口42とが連通する角度位置に決定したとする。この場合、圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒は、バイパス回路35を通って第2流入口47から切替弁40に流入する。そして、この高温のガス冷媒は、流出口42から流出し、該流出口42と連通している室外熱交換器10の流路12aに流入する。流路12a内を高温のガス冷媒が流れることにより、流路12a及び該流路12aの周辺を除霜することができる。上述のように、本実施の形態1に係る切替弁40においては、第2流入口47と連通していない流出口41,43~45は、第1流入口46と連通している。このため、膨張弁4から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、流出口41,43~45に連通している室外熱交換器10の流路11a,13a~15aに流入する。すなわち、室外熱交換器10の流路11a,13a~15a部分、換言すると熱交換器11,13~15は蒸発器として機能する。したがって、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、暖房運転を行いながら除霜することができる。
流路12a及び該流路12aの周辺に付着した霜が溶け終わると、図7に示すように、流路12aに設けられた温度センサ62の検出値が上昇する。このため、角度位置決定部71は、温度センサ62の検出値が規定値以上になった場合、流路12a及び該流路12aの周辺に付着した霜が溶け終わったと判断し、切替弁40の回転体51の角度位置を異ならせる決定をする。具体的には、温度センサ62の検出値が規定値以上になった場合、角度位置決定部71は、今回の室外熱交換器10の除霜運転中に未だ第2流入口47と接続されていない流出口43~45のいずれかと、第2流入口47とが連通する角度位置に、回転体51の角度位置を決定する。そして、制御部73は、回転体51がこの角度位置となるように、切替弁40を制御する。
このように、切替弁40において、第2流入口47と接続される流出口を順次切り替えていくことにより、暖房運転を継続しつつ、室外熱交換器10を除霜することができる。
ここで、室外熱交換器10の流路11a~15aのうちの任意の1つが、本発明の第1流路に相当する。また、室外熱交換器10の流路11a~15aのうち、第1流路以外の任意の1つが、本発明の第2流路に相当する。なお、本実施の形態1のように流路11a~15aが上下方向に並設されている場合、室外熱交換器10の流路11a~15aのうち、第1流路よりも下方に配置されている流路が、本発明の第2流路に相当する。例えば、図2において流路14aを第1流路とした場合、流路15aが第2流路に相当する。
また、切替弁40の流出口41~45のうち、第1流路と連通している流出口が、本発明の第1流出口に相当する。切替弁40の流出口41~45のうち、第2流路と連通している流出口が、本発明の第2流出口に相当する。
そして、第1流入口46が第2流出口と連通し、第2流入口47が第1流出口と連通する角度位置が、本発明の第1角度位置に相当する。第1流入口46が第1流出口と連通し、第2流入口47が第2流出口と連通する角度位置が、本発明の第2角度位置に相当する。第1流入口46が第1流出口及び第2流出口の双方に連通する角度位置、換言すると、第1流入口46が全ての流出口と連通する角度位置が、本発明の第3角度位置に相当する。
すなわち、角度位置決定部71は、室外熱交換器10の除霜運転において、回転体51が第1角度位置のときに第1流路に設けられた温度センサの検出値が第1規定値以上になった場合、回転体51が当該除霜運転中に第2角度位置になった期間が無ければ、回転体51の角度位置を第2角度位置とし、回転体51が当該除霜運転中に第2角度位置になった期間が有れば、回転体51の角度位置を第3角度位置とし、回転体51が第2角度位置のときに第2流路に設けられた温度センサの検出値が第1規定値以上になった場合、回転体51が当該除霜運転中に第1角度位置になった期間が無ければ、回転体51の角度位置を第1角度位置とし、回転体51が当該除霜運転中に第1角度位置になった期間が有れば、回転体51の角度位置を第3角度位置とする構成となっている。
また、切替弁40の流出口41~45のうち、第1流路と連通している流出口が、本発明の第1流出口に相当する。切替弁40の流出口41~45のうち、第2流路と連通している流出口が、本発明の第2流出口に相当する。
そして、第1流入口46が第2流出口と連通し、第2流入口47が第1流出口と連通する角度位置が、本発明の第1角度位置に相当する。第1流入口46が第1流出口と連通し、第2流入口47が第2流出口と連通する角度位置が、本発明の第2角度位置に相当する。第1流入口46が第1流出口及び第2流出口の双方に連通する角度位置、換言すると、第1流入口46が全ての流出口と連通する角度位置が、本発明の第3角度位置に相当する。
すなわち、角度位置決定部71は、室外熱交換器10の除霜運転において、回転体51が第1角度位置のときに第1流路に設けられた温度センサの検出値が第1規定値以上になった場合、回転体51が当該除霜運転中に第2角度位置になった期間が無ければ、回転体51の角度位置を第2角度位置とし、回転体51が当該除霜運転中に第2角度位置になった期間が有れば、回転体51の角度位置を第3角度位置とし、回転体51が第2角度位置のときに第2流路に設けられた温度センサの検出値が第1規定値以上になった場合、回転体51が当該除霜運転中に第1角度位置になった期間が無ければ、回転体51の角度位置を第1角度位置とし、回転体51が当該除霜運転中に第1角度位置になった期間が有れば、回転体51の角度位置を第3角度位置とする構成となっている。
なお、上述のように、本実施の形態1のように流路11a~15aが上下方向に並設されている場合、上方に配置された流路から順に、圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を流すことが好ましい。上方の流路に高温のガス冷媒を流して除霜する際、融解した霜である水が下方に流れる。この際、この下方に流れた水が持つ熱を利用して、下方に配置された流路近傍を除霜でき、室外熱交換器10の除霜時間を短縮することができる。
(冷房運転)
暖房運転時、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、圧縮機1の吐出側と室外熱交換器10とが接続する流路に決定する。また、角度位置決定部71は、切替弁40の回転体51の角度位置を、流出口41~45の全てが第1流入口46と連通する角度位置に決定する。制御部73は、流路決定部72及び角度位置決定部71の決定結果に応じて流路切替装置2及び切替弁40を切り替え、圧縮機1を起動させる。
暖房運転時、流路決定部72は、流路切替装置2の流路を、圧縮機1の吐出側と室外熱交換器10とが接続する流路に決定する。また、角度位置決定部71は、切替弁40の回転体51の角度位置を、流出口41~45の全てが第1流入口46と連通する角度位置に決定する。制御部73は、流路決定部72及び角度位置決定部71の決定結果に応じて流路切替装置2及び切替弁40を切り替え、圧縮機1を起動させる。
圧縮機1が起動すると、圧縮機1の吸入口から冷媒が吸入される。そして、この冷媒は、高温高圧のガス冷媒となって、圧縮機1の吐出口から吐出される。圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置2及びヘッダ30を介して、室外熱交換器10の流路11a~15aに流入する。そして、流路11a~15aに流入した高温高圧のガス冷媒は、室外空気によって冷却され、液状態の冷媒となって流路11a~15aから流出する。流路11a~15aから流出した冷媒は、流出口41~45から切替弁40に流入する。
切替弁40に流入した高圧の液冷媒は、第1流入口46から流出し、膨張弁4へ流入する。膨張弁4へ流入した液状冷媒は、膨張弁4で減圧されて低温の気液二相状態となり、膨張弁4から流出する。膨張弁4から流出した低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器3に流入する。室内熱交換器3に流入した冷媒は、室内空気を冷却して蒸発した後、流路切替装置2及びアキュムレータ5と通って、圧縮機1に再び吸入される。
以上、本実施の形態1のように構成された空気調和装置100は、切替弁40において第2流入口47と流出口との連通を順次切り替えていくことにより、暖房運転を行いながら室外熱交換器10の除霜を行うことができる。この際、本実施の形態1に係る空気調和装置100においては、室外熱交換器10の一部の流路に圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を供給して除霜する際、当該流路に膨張弁4から流出した低温の冷媒が混ざることを防止できる。このため、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、除霜のために室外熱交換器10の一部の流路に供給する冷媒の温度が低下してしまい、除霜時間が長くなってしまうことを防止できる。また、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、1つの切替弁40で、室外熱交換器10の各流路11a~15aの接続先を、圧縮機1の吐出側又は膨張弁4側に切り替えることができる。このため、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、室外機101が大型化することも防止できるので、室外機101の設置スペースが増大することも防止できる。
なお、本実施の形態1では、室外熱交換器10を複数の熱交換器11~15で構成した。これに限らず、室外熱交換器10が並列接続された複数の流路を有していれば、例えば図8のように、室外熱交換器10を1つの熱交換器で構成してもよい。つまり、規定のピッチ間隔で複数のフィン16を並設し、これらフィン16を貫通するように流路11a~15aを設けてもよい。このように室外熱交換器10を構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
また、室外熱交換器10の流路11a~15aを上下方向に並設する場合、図9に示すように流路11a~15aを構成してもよい。つまり、室外熱交換器10を横方向から観察した状態、換言すると正面視した状態において、上方に配置された流路の一部が下方に配置された流路に重なる構成としてもよい。上方に配置された流路の一部が下方に配置された流路よりも下方に配置されることとなる。このため、上方に配置された流路に圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を供給して除霜する際、下方に配置された流路近傍も除霜できるため、室外熱交換器10の除霜時間を短縮することができる。
また、本実施の形態1では、室外熱交換器10の各流路11a~15aのそれぞれに温度センサ61~65を設け、これらの温度センサ61~65の検出値を用いて、各流路11a~15aの除霜完了を判定した。これに限らず、図10に示すように1つの温度センサ66を配置し、当該温度センサ66の検出値を用いて、各流路11a~15aの除霜完了を判定してもよい。詳しくは、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、暖房運転時に室外熱交換器10と圧縮機1の吸入側との間となる位置に、各流路11a~15aが合流する合流部である配管7を備えている。この配管7に温度センサ66を設けてもよい。この温度センサ66は、暖房運転時、各流路11a~15aから流出して合流した冷媒の温度を検出することとなる。上述のように、暖房運転中に室外熱交換器10の一部の流路に圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を供給して除霜する際、当該流路近傍の霜が溶け終わるまでは当該流路を流れる冷媒の温度は0℃となっている。そして、当該流路近傍の霜が溶け終わると、当該流路を流れる冷媒の温度は上昇する。つまり、暖房運転中に室外熱交換器10の一部の流路に圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を供給して除霜する際、当該流路近傍の霜が溶け終わると、各流路11a~15aから流出して合流した冷媒の温度も上昇する。このため、温度センサ66が規定値以上になった場合、除霜中の流路の除霜が完了したと判断することができる。このように空気調和装置100を構成することにより、温度センサの数を削減できるため、空気調和装置100のコストを低減することができる。
ここで、この規定値が、本発明の第1規定値に相当する。
ここで、この規定値が、本発明の第1規定値に相当する。
また、室外熱交換器10の各流路11a~15aの除霜が完了したか否かの判定は、時間で行ってもよい。つまり、暖房運転中に室外熱交換器10の一部の流路に圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を供給して除霜する際、高温のガス冷媒を供給している時間が規定時間以上となった際、当該流路の除霜が完了したとしてもよい。なお、この判定は、例えば角度位置決定部71が行う。高温のガス冷媒を供給している時間の計測は、計時部74が行う。また、上下方向に並設された流路11a~15aを有する室外熱交換器10において、このような除霜を行う場合、上方に配置された流路に高温のガス冷媒を流す時間よりも、下方に配置された流路に高温のガス冷媒を流す時間を長くした方がよい。上方に配置された流路を除霜する際、融解した霜である水が下方に配置された流路近傍に流れ落ち、再び凍って霜となる場合がある。このような場合でも、下方に配置された流路近傍の霜を確実に除去することができる。このように空気調和装置100を構成することにより、流路11a~15aから流出した冷媒の温度を検出する温度センサが不要となるため、空気調和装置100のコストをさらに低減することができる。なお、温度センサ61~66を用いて各流路の除霜完了を判定する場合でも、上方に配置された流路に高温のガス冷媒を流す時間よりも、下方に配置された流路に高温のガス冷媒を流す時間を長くしてもよい。例えば、各流路毎に、高温のガス冷媒を供給する最低時間を設定しておけば実現できる。
また、規定時間経過しても室外熱交換器10の除霜が終了しない場合には、流路切替装置2を、圧縮機1の吐出側と室外熱交換器10とが接続する流路に切り替えてもよい。これにより、暖房運転は一時的に停止となるが、圧縮機1から吐出された高温の冷媒を室外熱交換器10の流路11a~15aの全てに供給することができる。このため、室外熱交換器10の着霜量が規定時間経過しても除霜が終了しないほどの着霜量であっても、室外熱交換器10に付着した霜を除去することができる。なお、規定時間経過しても室外熱交換器10の除霜が終了しないか否かは、規定時間経過しても温度センサ61~66の検出値が規定値より低いか否かで判定することができる。この判定は、流路決定部72が行う。
また、本実施の形態1では、室外熱交換器10の流路11a~15aのそれぞれを1つの流路で形成した。これに限らず、流路11a~15aのそれぞれを複数の流路で形成してもよい。
実施の形態2.
本発明に用いられる切替弁40の構成は、実施の形態1で示した構成に限定されるものではない。本実施の形態2では、切替弁40の別の一例をいくつか紹介する。なお、以下では、室外熱交換器10が並列接続された3つの流路11a~13aを有する場合、つまり切替弁が3つの流出口41~43を有する場合について説明する。また、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
本発明に用いられる切替弁40の構成は、実施の形態1で示した構成に限定されるものではない。本実施の形態2では、切替弁40の別の一例をいくつか紹介する。なお、以下では、室外熱交換器10が並列接続された3つの流路11a~13aを有する場合、つまり切替弁が3つの流出口41~43を有する場合について説明する。また、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図11は、本発明の実施の形態2に係る切替弁の一例を示す図である。なお、図11に示す白塗り矢印は、暖房運転時に膨張弁4から流れてくる低温冷媒の流れを示している。また、図11に示す黒塗り矢印は、バイパス回路35を介して圧縮機1の吐出側から流れてくる高温冷媒の流れを示している。
図11に示す切替弁40は、本体50と、該本体50に対して回転自在に設けられた回転体51とを備えている。本体50は、両端部50b,50cが閉塞された円筒形状をしている。この本体50には、端部50bに第1流入口46が形成されている。実施の形態1で説明したように、第1流入口46は、配管6を介して膨張弁4と連通している。また、本体50には、その外周部に流出口41~43が形成されている。実施の形態1で説明したように、流出口41は室外熱交換器10の流路11aと連通しており、流出口42は室外熱交換器10の流路12aと連通しており、流出口43は室外熱交換器10の流路13aと連通している。
回転体51は、両端部が閉塞された円筒形状をしている。回転体51の一部は、本体50の内部に配置されている。また、回転体51の一方の端部51bは、本体50の端部50cから突出している。回転体51は、実施の形態1と同様に、歯車等を介して、該回転体51を回転させるモータと接続されている。この回転体51には、端部51bに第2流入口47が形成されている。実施の形態1で説明したように、第2流入口47は、バイパス回路35に連通している。
また、回転体51の外周部には、第2流入口47と流出口41~43とを連通させるため、複数の連通配管49が突出して設けられている。詳しくは、第2流入口47と流出口41とを連通させる連通配管49が1つ設けられている。第2流入口47と流出口42とを連通させる連通配管49が1つ設けられている。第2流入口47と流出口43とを連通させる連通配管49が1つ設けられている。つまり、回転体51の外周部には、合計3つの接続配管が設けられている。
つまり、流出口41と連通配管49とが対向する位置に回転体51を回転することにより、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口41とが連通し、第1流入口46と流出口42,43とが連通する角度位置にすることができる。流出口42と連通配管49とが対向する位置に回転体51を回転することにより、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口42とが連通し、第1流入口46と流出口41,43とが連通する角度位置にすることができる。流出口43と連通配管49とが対向する位置に回転体51を回転することにより、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口43とが連通し、第1流入口46と流出口41,42とが連通する角度位置にすることができる。なお、連通配管49が流出口41~43のいずれとも対向しない角度位置に回転体51を回転させることにより、流出口41~43の全てが第1流入口と連通することになる。
図12は、本発明の実施の形態2に係る切替弁の別の一例を示す図である。なお、図12に示す白塗り矢印は、暖房運転時に膨張弁4から流れてくる低温冷媒の流れを示している。また、図12に示す黒塗り矢印は、バイパス回路35を介して圧縮機1の吐出側から流れてくる高温冷媒の流れを示している。
図12に示す切替弁40は、本体50と、該本体50に対して回転自在に設けられた回転体51とを備えている。本体50は、両端部50b,50cが閉塞された円筒形状をしている。この本体50には、端部50bに第2流入口47が形成されている。実施の形態1で説明したように、第2流入口47は、バイパス回路35に連通している。また、本体50には、その外周部に流出口41~43が形成されている。実施の形態1で説明したように、流出口41は室外熱交換器10の流路11aと連通しており、流出口42は室外熱交換器10の流路12aと連通しており、流出口43は室外熱交換器10の流路13aと連通している。
回転体51は、両端部が閉塞された円筒形状をしている。回転体51の一部は、本体50の内部に配置されている。また、回転体51の一方の端部51bは、本体50の端部50cから突出している。回転体51は、実施の形態1と同様に、歯車等を介して、該回転体51を回転させるモータと接続されている。この回転体51には、端部51bに第1流入口46が形成されている。実施の形態1で説明したように、第1流入口46は、配管6を介して膨張弁4と接続されている。
また、回転体51の外周部には、第1流入口46と流出口41~43とを連通させるため、複数の連通配管49が突出して設けられている。詳しくは、第2流入口47と流出口41とが連通した状態において第1流入口46と流出口42,43を連通させる連通配管49が、2つ設けられている。第2流入口47と流出口42とが連通した状態において第1流入口46と流出口41,43を連通させる連通配管49が、2つ設けられている。第2流入口47と流出口43とが連通した状態において第1流入口46と流出口41,42を連通させる連通配管49が、2つ設けられている。また、第2流入口47と流出口41~43のいずれとも連通しない状態において第1流入口46と流出口41~43を連通させる連通配管49が、3つ設けられている。つまり、回転体51の外周部には、合計9つの接続配管が設けられている。
つまり、流出口42,43と連通配管49とが対向する位置に回転体51を回転することにより、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口41とが連通し、第1流入口46と流出口42,43とが連通する角度位置にすることができる。流出口41,43と連通配管49とが対向する位置に回転体51を回転することにより、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口42とが連通し、第1流入口46と流出口41,43とが連通する角度位置にすることができる。流出口41,42と連通配管49とが対向する位置に回転体51を回転することにより、回転体51の角度位置を、第2流入口47と流出口43とが連通し、第1流入口46と流出口41,42とが連通する角度位置にすることができる。また、流出口41~43と連通配管49とが対向する回転位置に回転体51を回転することにより、流出口41~43の全てが第1流入口と連通することになる。
以上、本実施の形態2のように切替弁40を構成しても、切替弁をディストリビュータとして機能させられる効果以外、実施の形態1で示した効果を得ることができる。
なお、本実施の形態2で示した切替弁40を本発明に用いる場合、図11で示した切替弁40を用いる方が好ましい。連通配管49の数が少ない分だけ、切替弁40の製造コストを低減できるからである。また、図11で示した切替弁40の場合、圧縮機1から吐出された高温冷媒は回転体51内を流れるため、この高温冷媒は、本体50内を流れる冷媒のみに冷却されることとなる。一方、図12で示した切替弁40の場合、圧縮機1から吐出された高温冷媒は本体50内を流れるため、この高温冷媒は、回転体51内を流れる冷媒及び本体50周辺の空気に冷却されることとなる。このため、図12で示した切替弁40は、実施の形態11で示した切替弁40と比べ、除霜運転時に室外熱交換器10に供給する冷媒の温度が低下してしまう。この意味からも、本実施の形態2で示した切替弁40を本発明に用いる場合、図11で示した切替弁40を用いる方が好ましい。
実施の形態3.
実施の形態1又は実施の形態2で示した空気調和装置100のバイパス回路35に以下のような開閉弁36を設けてもよい。なお、本実施の形態3において、特に記述しない項目については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
実施の形態1又は実施の形態2で示した空気調和装置100のバイパス回路35に以下のような開閉弁36を設けてもよい。なお、本実施の形態3において、特に記述しない項目については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図13は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。また、図14は、この空気調和装置のハードウェア構成図及び機能ブロック図である。
本実施の形態3に係る空気調和装置100は、バイパス回路35に、該バイパス回路35の流路を開閉する開閉弁36を備えている。また、制御装置70は、機能部として、開閉弁36の開閉を決定する開閉決定部76を備えている。開閉決定部76は、室外熱交換器10の除霜運転が開始された際、室外温度センサ60の検出値が規定値よりも大きい場合、開閉弁36を閉状態と決定し、室外温度センサ60の検出値が規定値以下の場合、開閉弁36を開状態と決定するものである。
ここで、この規定値が、本発明の第2規定値に相当する。この規定値は、0℃より大きい値であればよく、例えば2℃である。また、室外温度センサ60が、本発明の第2温度センサに相当する。
本実施の形態3に係る空気調和装置100は、バイパス回路35に、該バイパス回路35の流路を開閉する開閉弁36を備えている。また、制御装置70は、機能部として、開閉弁36の開閉を決定する開閉決定部76を備えている。開閉決定部76は、室外熱交換器10の除霜運転が開始された際、室外温度センサ60の検出値が規定値よりも大きい場合、開閉弁36を閉状態と決定し、室外温度センサ60の検出値が規定値以下の場合、開閉弁36を開状態と決定するものである。
ここで、この規定値が、本発明の第2規定値に相当する。この規定値は、0℃より大きい値であればよく、例えば2℃である。また、室外温度センサ60が、本発明の第2温度センサに相当する。
このように構成された空気調和装置100においては、室外熱交換器10の除霜を行わない暖房運転時、開閉決定部76は、開閉弁36を閉状態と決定する。そして、制御部73は、開閉決定部76が決定した状態になるように、開閉弁36を制御する。また、暖房運転中に室外熱交換器10の除霜を行う際、開閉決定部76は、室外温度センサ60の検出値が規定値以下の場合、開閉弁36を開状態と決定する。そして、制御部73は、開閉決定部76が決定した状態になるように、開閉弁36を制御する。これにより、実施の形態1で説明した室外熱交換器10の除霜運転となる。つまり、室外熱交換器10の各流路に、圧縮機1から吐出された高温の冷媒を順々に供給していき、室外熱交換器10の除霜を行う。
一方、暖房運転中に室外熱交換器10の除霜を行う際、開閉決定部76は、室外温度センサ60の検出値が規定値よりも大きい場合、開閉弁36を閉状態と決定する。そして、制御部73は、開閉決定部76が決定した状態になるように、開閉弁36を制御する。これにより、室外熱交換器10の除霜運転中、室外熱交換器10の各流路に、圧縮機1から吐出された高温の冷媒が流れない状態となる。
室外温度センサ60の検出値が規定値よりも大きい状態とは、室外空気の温度が比較的高い状態である。この状態では、室外熱交換器10の各流路に高温冷媒を供給しなくとも、室外空気の熱で、室外熱交換器10に付着した霜を除去することができる。このため、除霜運転時に開閉弁36を閉状態とすることにより、室内熱交換器3に供給できる高温冷媒の量を増加させることができ、空気調和装置100の暖房能力を向上させることができる。
この際、切替弁40を切り替えてもよいし、切り替えなくてもよい。切替弁40を切り替えない場合、室外熱交換器10の全ての流路に、膨張弁4から流出した冷媒が流入することとなる。このため、室外熱交換器10の全部を蒸発器として機能させることができるため、空気調和装置100の暖房能力をさらに向上させることができる。また、切替弁40を切り替えることにより、室外熱交換器10の一部に流路に、膨張弁4から流出した低温の冷媒が流れなくなる。そして、この低温冷媒が流れない流路が切り替わっていくこととなる。低温冷媒が流れない流路は、低温冷媒によって冷却されないため、室外空気の温度によって除霜されやすくなる。このため、室外熱交換器10の除霜時間を短縮することができる。
実施の形態4.
実施の形態1~実施の形態3で示した空気調和装置100において、暖房運転の起動時、つまり圧縮機1が起動した際に切替弁40を切り替え、例えば規定時間だけ室外熱交換器10の一部の流路に圧縮機1から吐出された高温の冷媒を供給してもよい。この高温冷媒により、室外熱交換器10に寝込んでいる冷媒を蒸発させることができ、つまり冷凍サイクル回路100a内を循環する冷媒量を増加させることができ、暖房運転の立ち上がり時間を短縮することができる。
実施の形態1~実施の形態3で示した空気調和装置100において、暖房運転の起動時、つまり圧縮機1が起動した際に切替弁40を切り替え、例えば規定時間だけ室外熱交換器10の一部の流路に圧縮機1から吐出された高温の冷媒を供給してもよい。この高温冷媒により、室外熱交換器10に寝込んでいる冷媒を蒸発させることができ、つまり冷凍サイクル回路100a内を循環する冷媒量を増加させることができ、暖房運転の立ち上がり時間を短縮することができる。
なお、室外熱交換器10の流路が上下方向に並設されている場合、最も下方に配置された流路に、圧縮機1から吐出された高温の冷媒を供給するのが好ましい。最も下方に配置された流路に、冷媒が最も寝込んでいるからである。
また、空気調和装置100にアキュムレータ5が設けられている場合、図15に示すように第2バイパス回路37を設け、アキュムレータ5に圧縮機1から吐出された高温の冷媒を供給してもよい。
また、空気調和装置100にアキュムレータ5が設けられている場合、図15に示すように第2バイパス回路37を設け、アキュムレータ5に圧縮機1から吐出された高温の冷媒を供給してもよい。
図15は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。
第2バイパス回路37は、第1端部が切替弁40に接続され、第2端部がアキュムレータ5に接続されている。このため、暖房運転の起動時、つまり圧縮機1が起動した際に切替弁40を切り替えると、圧縮機1から吐出された高温の冷媒は、バイパス回路35、切替弁40及び第2バイパス回路37を通って、アキュムレータ5に流入する。これにより、アキュムレータ5に寝込んでいる冷媒を蒸発させることができ、つまり冷凍サイクル回路100a内を循環する冷媒量を増加させることができ、暖房運転の立ち上がり時間を短縮することができる。
第2バイパス回路37は、第1端部が切替弁40に接続され、第2端部がアキュムレータ5に接続されている。このため、暖房運転の起動時、つまり圧縮機1が起動した際に切替弁40を切り替えると、圧縮機1から吐出された高温の冷媒は、バイパス回路35、切替弁40及び第2バイパス回路37を通って、アキュムレータ5に流入する。これにより、アキュムレータ5に寝込んでいる冷媒を蒸発させることができ、つまり冷凍サイクル回路100a内を循環する冷媒量を増加させることができ、暖房運転の立ち上がり時間を短縮することができる。
なお、第2バイパス回路37と切替弁40との接続構成としては、例えば、切替弁40に第2バイパス回路37と接続される流出口を形成する構成が考えられる。また例えば、圧縮機1が起動した際に圧縮機1から吐出された高温の冷媒が供給される室外熱交換器10の流路と並列に、つまりこの流路が接続される切替弁40の流出口に、第2バイパス回路37を接続してもよい。
1 圧縮機、2 流路切替装置、3 室内熱交換器、4 膨張弁、5 アキュムレータ、6 配管、7 配管(合流部)、10 室外熱交換器、11 熱交換器、11a 流路、11b フィン、12 熱交換器、12a 流路、12b フィン、13 熱交換器、13a 流路、13b フィン、14 熱交換器、14a 流路、14b フィン、15 熱交換器、15a 流路、15b フィン、16 フィン、30 ヘッダ、35 バイパス回路、36 開閉弁、37 第2バイパス回路、40 切替弁、41~45 流出口、46 第1流入口、47 第2流入口、48 接続配管、48a 端部、49 連通配管、50 本体、50a 下部、50b 端部、50c 端部、51 回転体、51a 上部、51b 端部、52 歯車、55 モータ、55a 回転軸、56 歯車、60 室外温度センサ、61~66 温度センサ、70 制御装置、71 角度位置決定部、72 流路決定部、73 制御部、74 計時部、75 リモートコントローラ、76 開閉決定部、100 空気調和装置、100a 冷凍サイクル回路、101 室外機、102 室内機。
Claims (14)
- 圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、及び、蒸発器として機能する室外熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
前記膨張弁と前記室外熱交換器との間に設けられた切替弁と、
第1端部及び第2端部を有し、前記第1端部が前記圧縮機と前記室内熱交換器との間に接続され、前記第2端部が前記切替弁に接続されたバイパス回路と、
を備え、
前記室外熱交換器は、前記膨張弁と前記圧縮機の吸入側との間に並列に接続された第1流路及び第2流路を備え、
前記切替弁は、
本体と、回転体と、前記本体に形成されて前記膨張弁に連通する第1流入口と、前記回転体に形成されて前記バイパス回路の前記第2端部に連通する第2流入口と、前記本体に形成されて前記第1流路に連通する第1流出口と、前記本体に形成されて前記第2流路に連通する第2流出口と、を備え、
前記回転体は、複数の角度位置の間で回転するものであり、
前記角度位置として、前記第1流入口が前記第2流出口と連通し、前記第2流入口が前記第1流出口と連通する第1角度位置、前記第1流入口が前記第1流出口と連通し、前記第2流入口が前記第2流出口と連通する第2角度位置、及び、前記第1流入口が前記第1流出口及び前記第2流出口の双方に連通する第3角度位置を有する構成である空気調和装置。 - 前記第1流入口、前記第1流出口及び前記第2流出口が前記本体の下部に形成されている請求項1に記載の空気調和装置。
- 圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、及び、蒸発器として機能する室外熱交換器を有する冷凍サイクル回路と、
前記膨張弁と前記室外熱交換器との間に設けられた切替弁と、
第1端部及び第2端部を有し、前記第1端部が前記圧縮機と前記室内熱交換器との間に接続され、前記第2端部が前記切替弁に接続されたバイパス回路と、
を備え、
前記室外熱交換器は、前記膨張弁と前記圧縮機の吸入側との間に並列に接続された第1流路及び第2流路を備え、
前記切替弁は、
本体と、回転体と、前記回転体に形成されて前記膨張弁に連通する第1流入口と、前記本体に形成されて前記バイパス回路の前記第2端部に連通する第2流入口と、前記本体に形成されて前記第1流路に連通する第1流出口と、前記本体に形成されて前記第2流路に連通する第2流出口と、を備え、
前記回転体は、複数の角度位置の間で回転するものであり、
前記角度位置として、前記第1流入口が前記第2流出口と連通し、前記第2流入口が前記第1流出口と連通する第1角度位置、前記第1流入口が前記第1流出口と連通し、前記第2流入口が前記第2流出口と連通する第2角度位置、及び、前記第1流入口が前記第1流出口及び前記第2流出口の双方に連通する第3角度位置を有する構成である空気調和装置。 - 前記第1流路が前記第2流路の上方に形成されており、
前記室外熱交換器の除霜運転において、
前記切替弁は、
前記第1角度位置の後に、前記第2角度位置となる構成である請求項1~3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第2角度位置になっている時間が、前記第1角度位置になっている時間よりも長い構成である請求項4に記載の空気調和装置。
- 前記室外熱交換器を横方向から観察した状態において、
前記第1流路の一部が前記第2流路に重なっている請求項4又は請求項5に記載の空気調和装置。 - 前記切替弁の前記回転体の角度位置を決定する角度位置決定部と、
前記角度位置決定部が決定した角度位置に、前記回転体の角度位置を切り替える制御部と、
を備えた請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第1流路に設けられた温度センサと、
前記第2流路に設けられた温度センサと、
を備え、
前記室外熱交換器の除霜運転において、
前記角度位置決定部は、
前記回転体が前記第1角度位置のときに前記第1流路に設けられた前記温度センサの検出値が第1規定値以上になった場合、前記回転体が当該除霜運転中に前記第2角度位置になった期間が無ければ、前記回転体の角度位置を前記第2角度位置とし、前記回転体が当該除霜運転中に前記第2角度位置になった期間が有れば、前記回転体の角度位置を前記第3角度位置とし、
前記回転体が前記第2角度位置のときに前記第2流路に設けられた前記温度センサの検出値が前記第1規定値以上になった場合、前記回転体が当該除霜運転中に前記第1角度位置になった期間が無ければ、前記回転体の角度位置を前記第1角度位置とし、前記回転体が当該除霜運転中に前記第1角度位置になった期間が有れば、前記回転体の角度位置を前記第3角度位置とする構成である請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記室外熱交換器と前記圧縮機の吸入側との間に設けられ、前記第1流路と前記第2流路とが合流する合流部と、
該合流部に設けられた温度センサと、
を備え、
前記室外熱交換器の除霜運転において、
前記角度位置決定部は、
前記回転体が前記第1角度位置のときに前記温度センサの検出値が第1規定値以上になった場合、前記回転体が当該除霜運転中に前記第2角度位置になった期間が無ければ、前記回転体の角度位置を前記第2角度位置とし、前記回転体が当該除霜運転中に前記第2角度位置になった期間が有れば、前記回転体の角度位置を前記第3角度位置とし、
前記回転体が前記第2角度位置のときに前記温度センサの検出値が前記第1規定値以上になった場合、前記回転体が当該除霜運転中に前記第1角度位置になった期間が無ければ、前記回転体の角度位置を前記第1角度位置とし、前記回転体が当該除霜運転中に前記第1角度位置になった期間が有れば、前記回転体の角度位置を前記第3角度位置とする構成である請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機の吐出側に設けられ、前記圧縮機の吐出側と前記室内熱交換器とが接続する第3流路、あるいは、前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器とが接続する第4流路に切り替える流路切替装置と、
前記流路切替装置の流路を前記第3流路又は前記第4流路に決定する流路決定部と、
を備え、
前記制御部は、前記流路決定部の決定結果に応じて前記流路切替装置を制御して、前記流路切替装置の流路を前記第3流路又は前記第4流路に切り替える構成であり、
前記除霜運転が開始された際、
前記流路決定部は、まず、前記流路切替装置の流路を前記第3流路に決定し、
規定時間経過しても前記温度センサの検出値が前記第1規定値より低い場合、前記流路切替装置の流路を前記第4流路に決定する請求項8又は請求項9に記載の空気調和装置。 - 外気の温度を検出する第2温度センサと、
前記バイパス回路に設けられ、該バイパス回路の流路を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁の開閉状態を決定する開閉決定部と、
を備え、
前記制御部は、前記開閉決定部の決定結果に応じて前記開閉弁の開閉を制御する構成であり、
前記室外熱交換器の除霜運転が開始された際、
前記開閉決定部は、
前記第2温度センサの検出値が第2規定値よりも大きい場合、前記開閉弁を閉状態と決定し、
前記第2温度センサの検出値が前記第2規定値以下の場合、前記開閉弁を開状態と決定する構成である請求項7~請求項10のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機が起動した際、
前記バイパス回路を通って前記切替弁に流入した冷媒が前記室外熱交換器に流入する構成である請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機が起動した際、
前記バイパス回路を通って前記切替弁に流入した冷媒が前記室外熱交換器の前記第2流路に流入する構成である請求項4に記載の空気調和装置。 - 前記室外熱交換器と前記圧縮機の吸入側との間に設けられ、前記室外熱交換器から流出した冷媒を貯留するアキュムレータと、
第1端部が前記切替弁に接続され、第2端部が前記アキュムレータに接続された第2バイパス回路と、
を備え、
前記圧縮機が起動した際、
前記バイパス回路を通って前記切替弁に流入した冷媒が前記アキュムレータに流入する構成である請求項1~請求項13のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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