JP2006038447A - 冷凍サイクル装置及びその運転方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ホットライン機能を損なうことなく室外熱交換器低部の着霜・着氷を抑えるとともに、暖房能力を維持することができる冷凍システム装置及びその運転方法を提供すること。
【解決手段】 室内側膨張弁6と室外側膨張弁7との間を配管接続する冷媒配管13は、途中で室外熱交換器8の一部を経由するホットライン配管(第一配管)13Aと、経由しないバイパス配管(第二配管)13Bとに分岐して形成されている。この冷媒配管13は、予め所定の冷媒循環量を所定の割合で双方に分岐できるように構成されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、冷凍サイクル装置及びその運転方法に関する。
室外熱交換器、室内熱交換器、圧縮機等を配管接続した冷凍サイクルを有する冷凍サイクル装置の代表的なものとして、四方弁等によって冷媒の流れる方向を切り替えることによって、室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器として機能させる冷房運転と、これとは逆に室外熱交換器を蒸発器、室内熱交換器を凝縮器として機能させる暖房運転の両方の稼動を可能とする空気調和機が知られている。
このような空気調和機を暖房運転する場合、室外空気温度によっては蒸発器となる室外熱交換器から発生するドレン水(除霜水)が熱交換器低部において凍結してしまう場合がある。このような状態を防止するため、室内側膨張弁と室外側膨張弁とを配管接続する冷媒配管の一部をホットライン配管として室外熱交換器低部に配し、高温高圧の冷媒を流通させる手法を取り入れた冷凍サイクル装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
この空気調和機によれば、ホットライン配管温度が常に所定の温度範囲内となるように、室内側膨張弁と室外側膨張弁の開度を制御することによって、ホットライン配管内を流れる冷媒を気液二相状態に維持してホットライン配管とともに室外熱交換器低部の着霜・着氷を抑制している。
しかしながら、上記従来の冷凍サイクル装置では、暖房運転時に室内側膨張弁から室外側膨張弁に向かうすべての冷媒がホットライン配管内に流れてしまい、室外空気温度によっては、着霜・着氷防止に必要な熱量以上の熱をホットライン配管を介して室外空気に放熱してしまう可能性がある。
そのため、室内側の暖房能力として利用できる熱まで室外空気に過剰放熱してしまうことになり、暖房能力の低下を引き起こしてしまう問題がある。
また、冷房運転において室外空気温度が低い場合、室外熱交換器の全領域が凝縮器であれば、冷媒の凝縮圧力が通常時よりも異常に低下し、蒸発圧力側もさらに低い状態となって冷凍サイクルが平衡する。このとき、室内側熱交換器表面のドレン水が凍結を起こすことから、これを回避するため圧縮機の頻繁な発停制御を行うこととなる。従って、空調の快適性が低下するのみならず、圧縮機の信頼性が著しく低下してしまう。
そこで、低外気で冷房運転する際、容量の異なる複数の室外熱交換器を配して各々への冷媒の流し方を調整することによって、圧縮機の連続運転を実現させるものが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかし、特許文献2に記載の冷凍サイクル装置は、暖房運転の際に使用していない室外熱交換器内に冷媒が滞留してしまう恐れがある。この場合、冷凍サイクルを形成するための必要冷媒循環量が不足した状態で運転を継続することとなり、冷凍サイクル装置の信頼性が低下してしまう。
特開平09−138008号公報 特開2002−061978号公報
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ホットライン機能を損なうことなく室外熱交換器低部の着霜・着氷を防止するとともに、冷凍サイクル内の冷媒の圧力状態を所定の範囲内に安定させて室内機側の暖房能力及び冷房能力を維持することができる冷凍サイクル装置及びその運転方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも室内熱交換器、室内側膨張部、室外側膨張部、室外熱交換器、及び、圧縮機を順次配管接続して冷媒を循環させてなる冷凍サイクルを有する冷凍サイクル装置であって、前記室内側膨張部と前記室外側膨張部との間を配管接続する冷媒配管が、前記室外熱交換器の少なくとも一部を経由する第一配管と経由しない第二配管とに分岐された構造であることを特徴とする。
この冷凍サイクル装置は、冷媒の全循環量を第一配管と第二配管とにそれぞれ所定の割合で流通させることができる。したがって、室外熱交換器を蒸発器として使用するような暖房運転時に、高温高圧の冷媒を室外熱交換器低部にも流通させることができ、室内側膨張部から室外側膨張部に向かう冷媒の高温高圧状態を維持しながら室外熱交換器低部の着霜や着氷を防止することができる。
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、前記冷凍サイクル装置であって、前記第一配管の温度を検出する第一温度検出部と、室外空気温度を検出する第二温度検出部とを備え、前記第一配管に、前記室外空気温度と前記第一配管の温度とに基づき流量制御可能な流量調整手段が配されていることを特徴とする。
この冷凍サイクル装置は、第一配管温度と室外空気温度とに基づき流量調整手段を開閉することによって、第一配管に冷媒を流す必要のあるときには第一配管に冷媒を流すことができ、或いは、第一配管に冷媒を流す必要のないときには第一配管に冷媒を流さないようにすることができる。したがって、必要に応じて第一配管内の冷媒流量を調整して、室外熱交換器低部の温度を変化させることができる。
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、前記冷凍サイクル装置であって、前記室外側膨張部から前記室外熱交換器へ冷媒を流通させる際に、前記室外空気温度と前記第一配管の温度とに基づき少なくとも一部の前記冷媒を前記第一配管へ分流させる流通機構を備えていることを特徴とする。
この冷凍サイクル装置は、第一配管温度と室外空気温度とに基づき開閉弁と流通機構とを調整して、室外熱交換器の全領域を蒸発器として使用するような暖房運転時に、第一配管内の冷媒の一部を室外熱交換器内と同一の方向に流すことができ、室外熱交換器低部の着霜・着氷を抑えるだけでなく、必要に応じて第一配管に蒸発器作用を持たせて室外熱交換器の容量を増やすことができる。
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、前記冷凍サイクル装置であって、前記室外熱交換器に前記第一配管よりも多くの冷媒量を流通させる熱交換部が配され、前記第一配管及び前記熱交換部の少なくとも一方に、前記圧縮機の吐出側から前記室外熱交換器側に向かって一方向に前記冷媒を流通させる配管選択機構を備えていることを特徴とする。
本発明に係る冷凍サイクル装置の運転方法は、少なくとも室内側膨張部、室外側膨張部、室外熱交換器、及び、圧縮機を順次配管接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを有する冷凍サイクル装置の運転方法であって、室外空気温度を検出する工程と、前記室外熱交換器の少なくとも一部を経由して配された第一配管と経由しない第二配管とに途中で分岐されて前記室内側膨張部と前記室外側膨張部とを配管接続する冷媒配管の前記第一配管の温度を検出する工程と、室外空気温度と前記第一配管の温度とに基づき前記第一配管内の冷媒流量を調整する工程とを備えていることを特徴とする。
この冷凍サイクル装置の運転方法は、例えば暖房運転時に、第一配管温度と室外空気温度とに基づいて高温高圧の冷媒の少なくとも一部を第一配管に流すことによって、室外側膨張部に向かう冷媒の高温高圧状態を維持しながら室外熱交換器低部の温度を上げて着霜・着氷を抑えることができる。また、室外熱交換器低部に冷媒を流す必要のないときには、第一配管に冷媒を流すことを停止することができ、必要に応じて第一配管内の冷媒流量を調整することができる。
また、本発明に係る冷凍サイクル装置の運転方法は、前記冷凍サイクル装置の運転方法であって、前記第一配管内の冷媒の流通方向を前記室外熱交換器内の流通方向と同一方向とする工程を備えていることを特徴とする。
この冷凍サイクル装置の運転方法は、室外熱交換器を蒸発器として使用する暖房運転時に、第一配管温度と室外空気温度とに基づいて第一配管内の冷媒の流れる方向を室外熱交換器内と同一の方向とすることによって、第一配管にも蒸発器作用を持たせて室外熱交換器の容量を増やすことができる。
また、本発明に係る冷凍サイクル装置の運転方法は、少なくとも室内熱交換器、室内側膨張部、室外側膨張部、室外熱交換器、及び、圧縮機を順次配管接続して冷媒を循環させてなる冷凍サイクルを有する冷凍サイクル装置の運転方法であって、室外空気温度を検出する工程と、 室外空気温度の検出結果に基づき、前記室外熱交換器の少なくとも一部を経由して配された第一配管及び該第一配管よりも多くの冷媒を流通可能に前記室外熱交換器に配された熱交換部の少なくとも一方に、前記圧縮機の吐出側から前記室外熱交換器側に向かって一方向に前記冷媒を流通させる工程とを備えていることを特徴とする。
この冷凍サイクル装置の運転方法は、圧縮機側から室外熱交換器側に冷媒を流通させる運転をする際、配管選択機構によって冷媒を第一配管及び熱交換部の一方向に流通させることができる。この際、冷媒を第一配管及び熱交換部の少なくとも一方に流通させることができ、室外熱交換器を経由する冷媒量を室外空気温度によって所定の量に調整することができる。従って、例えば、圧縮機を吐出した冷媒を第一配管のみに流通させた場合には、室外熱交換器で熱交換される冷媒の流量を最小にすることができ、室外空気温度が低い場合でも冷媒を高温高圧状態に維持することができる。
また、本発明に係る冷凍サイクル装置の運転方法は、前記冷凍サイクルの運転方法であって、前記圧縮機の吐出圧力を検出する工程をさらに備え、
前記一方向に前記冷媒を流通させる工程が、前記圧縮機の吐出圧力の検出結果と合わせて前記冷媒を流通させることを特徴とする。
本発明によれば、暖房運転時に室外熱交換器の機能低下を防止しつつ過剰放熱を抑えることができ、暖房効率を向上することができる。また、低外気での冷房運転時においても所定の高低圧を維持し、圧縮機の信頼性確保と冷房効率の向上を図ることができる。さらに、運転時に冷凍サイクルとして使用しない箇所に冷媒が滞留することはなく、冷凍サイクルの信頼性を確保することができる。
本発明に係る第1の実施形態について、図1を参照して説明する。
本実施形態に係る空気調和機(冷凍サイクル装置)1は、室内機2と室外機3とを備えている。
室内機2内には、室内熱交換器5、室内側膨張弁(室内側膨張部)6が配されており、室外機3には、室外側膨張弁(室外側膨張部)7、室外熱交換器8、アキュムレータ10、四方弁11、圧縮機12が配されている。これらは互いに配管接続されており、冷媒が循環される冷凍サイクルを構成している。
室内側膨張弁6と室外側膨張弁7との間を配管接続する冷媒配管13は、ホットライン配管13Aとバイパス配管13Bとは、室内側膨張弁6側の第一分岐13a及び室外側膨張弁7側の第二分岐13bとの間で、室外熱交換器8の低部を経由するホットライン配管(第一配管)13Aと、室外熱交換器8の低部を経由しないバイパス配管(第二配管)13Bとに分岐して形成されている。この冷媒配管13は、予め所定の冷媒循環量を所定の割合で双方に分岐できるように設計されている。
室外熱交換器8は、熱交換器の利用目的からその内部に2系統の冷媒流路を有しており、ホットライン配管13Aと、これよりも冷媒を多く流通させる熱交換部8Aとを備えている。
次に、本実施形態に係る空気調和機1の運転方法について、暖房運転する場合、及び、その際の作用・効果について説明する。
圧縮機12を吐出した高温高圧の冷媒は、四方弁11を経由して室外機3から室内機2へ移動して室内熱交換器5に流れ、室内側膨張弁6で減圧膨張されて再び室外機3に入り冷媒配管13内を流れる。このとき、冷媒が第一分岐13aにてホットライン配管13Aとバイパス配管13Bとの両方に所定の割合で流れて、ホットライン配管13Aを流れる冷媒が室外熱交換器8の低部を通過する。
このとき、ホットライン配管13A内を流れる冷媒から室外熱交換器8の低部に放熱が起こる。
ホットライン配管13Aを流れた冷媒は、第二分岐13bにてバイパス配管13Bを流れる冷媒と合流され、バイパス配管13B内にもホットライン配管13Aをバイパスする冷媒が流れ、室外側膨張弁7を経由して室外熱交換器8の熱交換部8Aにて蒸発器として室外空気と熱交換される。
この空気調和機1によれば、室内側膨張弁6から室外側膨張弁7に向かう冷媒の温度圧力状態を維持した冷媒をバイパス配管13Bに流通させながら、ホットライン配管13Aを流通する冷媒によって室外熱交換器8低部の着霜や着氷を防止することができる。
したがって、暖房運転時に、ホットライン機能を損なうことなく室外空気への過剰な放熱を抑えることができ、暖房効率を向上することができる。
次に、第2の実施形態について図2及び図3を参照しながら説明する。
なお、上述した第1の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第2の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る空気調和機20が、暖房運転時に室外熱交換器8低部への冷媒の入口側となるホットライン配管13Aの温度を検出するホットライン配管温度検出装置(第一温度検出部)21と、室外空気温度を検出する外気温度検出装置(第二温度検出部)22と、ホットライン配管温度検出装置21と外気温度検出装置22とに基づき流量制御可能なホットライン回路電磁弁(流量調整手段)23とを備えているとした点である。
ホットライン回路電磁弁23は、暖房運転時に室外熱交換器8への冷媒の入口側となるホットライン配管13Aに配されており、流量制御装置25によって開閉制御されている。
この空気調和機20による暖房時の運転方法について説明する。
この運転方法は、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S01)と、ホットライン配管13Aの温度をホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S02)と、室外空気温度とホットライン配管13Aの温度とに基づき、ホットライン回路電磁弁23を開閉してホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S03)とを備えている。
暖房運転開始時には、ホットライン回路電磁弁23は閉とされているので、冷媒は室内側膨張弁6から室外側膨張弁7に向かってバイパス配管13B内を流れる。
運転開始後、ホットライン回路電磁弁23を開とする。そして、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S01)として、外気温度検出装置22にて室外空気温度(TA)を検出する。また、ホットライン配管13Aの温度をホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S02)として、ホットライン配管温度検出装置21にて、ホットライン配管13Aの温度(Tr)を検出する。
ここで、TAと氷点より高く設定された所定温度αとを比較し、TA<α度の場合、室外熱交換器8低部に着霜・着氷の恐れがあることから、ホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S03)を行って、流量制御装置25によってホットライン回路電磁弁23を開く。
この際、冷媒配管13内を流れる冷媒の一部がホットライン配管13A内にも流入し、室外熱交換器8を通過する。このとき、室外熱交換器8低部は冷媒によって加熱される。そして、再びバイパス配管13B内の冷媒と合流して室外側膨張弁7に流れる。
上記プロセスを繰り返し、TA≧α度となった場合、TAとTrとを比較する。そして、Tr>TAの場合、流量制御装置25によってホットライン回路電磁弁23を閉じる。
この際、ホットライン配管13A内の冷媒の流れが停止し、冷媒はバイパス配管13B内を流れ、室外熱交換器8低部からの過剰な放熱を抑える。
一方、Tr≦TAの場合には、ホットライン回路電磁弁23を開く。このとき、ホットライン配管13A内を冷媒が流れるが、室外空気温度がホットライン配管13Aの温度よりも高いため、室外空気への放熱は起きない。
こうして、これらの工程を繰り返しながら暖房運転を行う。
この空気調和機20及びその運転方法によれば、上記第1の実施形態と同様の効果を得ることができるが、ホットライン配管13Aの温度と室外空気温度との関係に基づき、ホットライン回路電磁弁23を開閉することによって、必要に応じてホットライン配管13Aに冷媒を流すことができる。したがって、暖房運転時の温度状況によって、ホットライン配管13A内の冷媒通過量を調整してホットライン機能を効率よく利用しつつ、必要以上に室外熱交換器8低部に放熱されるのを抑えることができ、室内機側の暖房性能を維持することができる。
次に、第3の実施形態について図2及び図4を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第3の実施形態と第2の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る空気調和機が、ホットライン回路電磁弁23の代わりに流量調整弁を備えているとした点である。
流量調整弁は、流量制御装置25によって開度が可変とされている。
この空気調和機による暖房時の運転方法について説明する。
この運転方法は、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S11)と、ホットライン配管13Aの温度をホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S12)と、室外空気温度とホットライン配管13Aの温度とに基づき、流量調整弁の開度を調整してホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S13)とを備えている。
暖房運転開始時には、流量電磁弁は全閉とされているので、冷媒は室内側膨張弁6から室外側膨張弁7に向かってバイパス配管13B内を流れる。
運転開始後、流量調整弁の開度を全開とする。そして、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S11)及びホットライン配管13Aの温度とをホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S12)として、第1の実施形態と同様に室外空気温度(TA)とホットライン配管13Aの温度(Tr)とを検出する。
ここで、TAと氷点より高く設定された所定温度αとを比較し、TA<α度の場合、室外熱交換器8に着霜・着氷の恐れがあることから、流量調整弁の開度を調整してホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S13)を行って、流量制御装置25によって流量調整弁の開度を全開とする。
この際、冷媒配管13内を流れる冷媒の一部がホットライン配管13A内にも流入し、室外熱交換器8低部を通過する。このとき、室外熱交換器8低部は冷媒によって加熱される。そして、再びバイパス配管13B内の冷媒と合流して室外側膨張弁7に流れる。
上記プロセスを繰り返し、TA≧α度となった場合、TAとTrとを比較する。そして、Tr>TAの場合、流量制御装置25によって流量調整弁の開度を一定量減少させる。
この際、ホットライン配管13A内の冷媒の流れが減少し、冷媒が室外熱交換器8低部から過剰に放熱されるのを抑える。
一方、Tr=TAの場合には、流量調整弁の開度を現状に保持し、Tr<TAの場合には、流量調整弁の開度を一定量増加させる。このとき、ホットライン配管13A内を冷媒が流れるが、室外空気温度とホットライン配管13Aの温度とが等しい、或いは、室外空気温度の方が高いため、室外空気への放熱は起きない。こうして、これらの工程を繰り返しながら暖房運転を行う。
この空気調和機及びその運転方法によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、弁の開度が調整可能とされている点において、ホットライン配管13Aを通過する冷媒流量をより細かく制御するため、ホットライン機能を更に効率良く利用することができる。
次に、第4の実施形態について図5及び図6を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第4の実施形態と第2の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る空気調和機40が、第2実施形態に係る空気調和機20の構成に加えて、ホットライン配管13Aの温度と室外空気温度とに基づき、室外側膨張弁7から室外熱交換器8へ冷媒を流通させる際にその少なくとも一部の冷媒をホットライン配管13Aへ分流させる流通機構41を備えているとした点である。
流通機構41は、室外熱交換器8における冷媒出入口において熱交換部8Aとホットライン配管13Aとを配管接続する第一バイパス配管42及び第二バイパス配管43と、第一バイパス配管42とホットライン配管13Aとの接続部44A及びホットライン配管13Aとバイパス配管13Bとの接続部44B(第二分岐13b)の間に配された第一逆止弁45と、第一バイパス配管42上に配された第二逆止弁46と、第二バイパス配管43上に配された蒸発器用電磁弁47とを備えている。
第一バイパス配管42は、室外側膨張弁7側にてホットライン配管13Aと熱交換部8Aとを接続して配されており、熱交換部8Aとは接続部44Cにて接続されている。第二バイパス配管43は、圧縮機12側にてホットライン配管13Aと熱交換部8Aとを接続して配されており、ホットライン配管13Aとは接続部44Dにて、熱交換部8Aとは接続部44Eにて接続されている。
第一逆止弁45は、接続部44Aから接続部44Bへの流れのみを許容するものとされ、第二逆止弁46は、室外側膨張弁7からの冷媒を室外熱交換器8に入る手前でホットライン配管13A側へ向かう流れのみを許容するものとされている。
蒸発器用電磁弁47も、流量制御装置25によって開閉制御される。
この空気調和機40による暖房時の運転方法について説明する。
この運転方法は、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S21)と、ホットライン配管13Aの温度をホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S22)と、ホットライン配管13A内の冷媒の流通方向を室外熱交換器8内と同一方向とする工程(S23)と、室外空気温度とホットライン配管13Aの温度とに基づき、ホットライン回路電磁弁23を開閉してホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S24)とを備えている。
まず、暖房運転を開始して、ホットライン回路電磁弁23を開とし、蒸発器用電磁弁47を閉とする。そして、第2実施形態と同様に、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S21)と、ホットライン配管13Aの温度をホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S22)とを実施して、外気温度検出装置22にて室外空気温度(TA)を検出し、ホットライン配管温度検出装置21にて、ホットライン配管13Aの温度(Tr)を検出する。
ここで、β<TA<α度の場合(αは氷点より高く設定された所定温度、βは氷点より低く設定された所定温度)のとき、室外熱交換器8低部に着霜・着氷の恐れがあることから、ホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S23)を行って、流量制御装置25によってホットライン回路電磁弁23のみを開く。
この際、冷媒配管13内を流れる冷媒の一部がホットライン配管13A内に流入し、第一逆止弁45及び第二逆止弁46によって室内側膨張弁6側から室外側膨張弁7の方向にのみ室外熱交換器8低部を通過する。そして、室外熱交換器8の低部が冷媒によって加熱され、再びバイパス配管13B内の冷媒と合流して室外側膨張弁7に流れる。
上記プロセスを繰り返し、TA≦β度となった場合、ホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S24)を行って、ホットライン回路電磁弁23を閉じる一方、蒸発器用電磁弁47を開く。
このとき、室外側膨張弁7を通過した冷媒の一部が、第一バイパス配管42からホットライン配管13Aを通過して第二バイパス配管43へと流れる。この結果、ホットライン配管13Aは蒸発器としての機能を発揮することとなる。
上記プロセスをさらに繰り返し、Tr>TAとなった場合も工程(S24)に従い、ホットライン回路電磁弁23と蒸発器用電磁弁47との両方を閉じる。そして、Tr≦TAとなったときには、ホットライン回路電磁弁23を開き、蒸発器用電磁弁47を閉じる。この結果、ホットライン配管13A内を流れる冷媒は、室内側膨張弁6側から室外側膨張弁7側へと流れることとなって、室外空気への放熱が抑えられる。
この空気調和機40及びその運転方法によれば、暖房運転時に、ホットライン配管13A内に冷媒を流すことによって室外熱交換器8低部の着霜・着氷を抑えるとともに、ホットライン回路電磁弁23の開閉制御によって室外空気への必要以上の放熱を抑えて室内機側の暖房性能を維持することができる。また、室外熱交換器8への着霜・着氷が発生しにくい状況のときには、蒸発器用電磁弁47とともに開閉制御することによって、第一逆止弁45及び第二逆止弁46によってホットライン配管13A内の冷媒の流れる方向を室外熱交換器8と同じ方向とすることができ、ホットライン配管13Aに室外熱交換器8と同じ蒸発器としての機能を持たせることができ、室外熱交換器の容量を増やすことができる。
次に、第5の実施形態について図5及び図7を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第5の実施形態と第4の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る空気調和機において、ホットライン回路電磁弁23の代わりに第3の実施形態と同様の流量調整弁を備えているとした点である。
この空気調和機による暖房時の運転方法について説明する。
この運転方法は、図7に示すように、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S31)と、ホットライン配管13Aの温度をホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S32)と、ホットライン配管13A内の冷媒の流通方向を室外熱交換器8内と同一方向とする工程(S33)と、室外空気温度とホットライン配管13Aの温度とに基づき、流量調整弁の開度を調整してホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S34)とを備えている。
まず、暖房運転を開始して、流量調整弁の開度を全開とし、蒸発器用電磁弁47を閉とする。そして、第4の実施形態と同様に、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S31)と、ホットライン配管13Aの温度をホットライン配管温度検出装置21にて検出する工程(S32)とを実施して、室外空気温度(TA)とホットライン配管13Aの温度(Tr)とを検出する。
ここで、β<TA<α度の場合のとき、室外熱交換器8に着霜・着氷の恐れがあることから、ホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S33)を行って、流量制御装置25によって流量調整弁を全開する。
この際、冷媒配管13内を流れる冷媒の一部が、第4の実施形態と同様に、ホットライン配管13A内に流入し、室内側膨張弁6側から室外側膨張弁7の方向にのみ室外熱交換器8を通過する。そして、室外熱交換器8を冷媒によって加熱し、再びバイパス配管13B内の冷媒と合流して室外側膨張弁7に流れる。
上記プロセスを繰り返し、TA≦β度となった場合、ホットライン配管13A内の冷媒流量を調整する工程(S44)を行って、流量調整弁を全閉する一方、蒸発器用電磁弁47を開く。
このとき、室外側膨張弁7を通過した冷媒の一部が、第一バイパス配管42からホットライン配管13Aを通過して第二バイパス配管43へと流れ、ホットライン配管13Aは蒸発器としての機能を発揮することとなる。
上記プロセスをさらに繰り返し、TA≧β、かつ、Tr>TAとなった場合、工程(S34)に従い、流量調整弁の開度を減少し、蒸発器用電磁弁47を閉じる。そして、Tr=TAとなったときには、流量調整弁の開度を保持し、蒸発器用電磁弁47を閉じる。
そして、Tr<TAとなったときには、流量調整弁の開度を増加させ、ホットライン配管13A内を流れる冷媒は、室内側膨張弁6側から室外側膨張弁7側へと流れることとなって、室外空気への放熱が抑えられる。
この空気調和機によれば、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、弁の開度が調整可能とされている点において、冷媒量の流量をより細かく制御するため、ホットライン機能を更に効率良く利用することができる。
次に、第6の実施形態について図8及び図9を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第6の実施形態と第4の実施形態との異なる点は、第4の実施形態に係る空気調和機40における流通機構41の代わりに、図8に示すように、本実施形態に係る空気調和機60が、ホットライン配管13A及び熱交換部8Aの少なくとも一方に、圧縮機12の吐出側から室外熱交換器8側に向かって一方向に冷媒を流通させる配管選択機構61を備えているとした点である。
配管選択機構61は、四方弁11と熱交換部8Aとをつなぐ配管62に配された第一開閉弁63(電磁弁)と、第二バイパス配管43の代わりに、四方弁11と第一開閉弁63との間に配された接続部44Fと接続部44Dとをつなぐ第三バイパス配管65と、第三バイパス配管65上に配された第三逆止弁66と、ホットライン回路電磁弁23の代わりに配された第四逆止弁67とを備えている。
第三逆止弁66は、第三バイパス配管65内の冷媒の流れを接続部44Fから接続部44Dの一方向にのみ流通させる方向に配されており、第四逆止弁67は、冷媒の流れを第一分岐13aから接続部44Dの一方向にのみ流通させる方向に配されている。
第一開閉弁63の開閉は、室外側膨張弁7の開度とともに流量制御装置69によって制御されている。
なお、空気調和機60には、第一バイパス配管42及びホットライン配管温度検出装置21は配されていない。
次に、空気調和機60による運転方法について説明する。
暖房運転する場合、室外側膨張弁7を所定の開度に制御するとともに、第一開閉弁63を常に開とする。
このとき、冷媒は第1の実施形態における空気調和機1と同様に流通される。
即ち、第一分岐13aに至った冷媒は、ホットライン配管13Aとバイパス配管13Bとに分岐される。
ホットライン配管13Aに分岐されて第四逆止弁67を通過した冷媒は、第三逆止弁66によって第三バイパス配管65の方向ではなく室外熱交換器8の低部を流れ、第二分岐13bにて再びバイパス配管13Bを流れる冷媒と合流する。
合流した冷媒は、室外側膨張弁7を経由して室外熱交換器8の熱交換部8Aを流れ、第一開閉弁63を通過して四方弁11に至る。
これによって、冷媒は第1の実施形態における空気調和機1と同様の効果を奏することができる。
一方、冷房運転する際の運転方法は、図9に示すように、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S41)と、室外空気温度の検出結果に基づき、ホットライン配管13Aのみ、或いは室外熱交換器8全体に、圧縮機12の吐出側から室外熱交換器8側に向かって一方向に冷媒を流通させる工程(S42)とを備えている。
ここで、室外空気温度を検出する工程(S41)は、上記他の実施形態における内容と同様の内容とされている。
冷媒を流通させる工程(S42)は、さらに、ホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S42A)と、室外熱交換器8の全体に冷媒を流す工程(S42B)とを備えている。
まず、冷房運転を開始する。このとき、室外側膨張弁7を所定の開度に制御するとともに、第一開閉弁63を開として冷凍サイクルを駆動する。
続いて、室外空気温度を検出する工程(S41)を実施して室外空気温度(TA)を検出する。
ここで、TA<α(条件1)の場合、ホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S42A)に移行する。
即ち、室外側膨張弁7を全閉、第一開閉弁63を閉とする。このとき、圧縮機12から吐出された冷媒は、四方弁11を通過して接続部44Fから第三逆止弁66を通過してホットライン配管13Aに流通され、バイパス配管13Bに至り室内側膨張弁6に流通される。一方、室外側膨張弁7及び第一開閉弁63が閉とされているので、熱交換部8Aには冷媒が流れない。
こうして、ホットライン配管13Aのみが凝縮器として機能し、低外気状態においても所定範囲の運転圧力(高圧及び低圧)を維持することができる。
一方、再度、室外空気温度を検出する工程(S41)を実施して室外空気温度(TA)を検出し、TA<αの場合には、上記のホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S42A)をさらに繰り返し実施する。
そして、TA≧α(条件2)となった場合、又は初めからTA≧αとなっている場合には室外熱交換器8全体に冷媒を流す工程(S42B)に移行する。
即ち、室外側膨張弁7を所定開度に開、第一開閉弁63を開とする。このとき、圧縮機12から吐出された冷媒は、四方弁11を通過して接続部44Fから第一開閉弁63を通過して熱交換部8Aに流通される。同時に、冷媒が接続部44Fから第三逆止弁66を経由して第三バイパス配管65の方向に流通され、ホットライン配管13Aにも冷媒が流れる。
従って、室外熱交換器8では、熱交換部8A及びホットライン配管13Aの双方が凝縮器として機能して熱交換がなされる。
こうして、室外熱交換器8にて凝縮された冷媒は、室外側膨張弁7からバイパス配管13Bに至って室内側膨張弁6に流通される。なお、上記各工程における室外側膨張弁7、及び第一開閉弁63のステータスの一覧を表1に示す。
Figure 2006038447
この空気調和機60及びその運転方法によれば、室外熱交換器8を流通する冷媒の量を配管選択機構61によって二つの所定の量に調整することができる。従って、圧縮機12を吐出した冷媒をホットライン配管13Aのみに流通させた場合には、室外熱交換器8を通過する冷媒の流量を最小にすることができる。従って、室外熱交換器8の凝縮器としての機能をホットライン配管13Aのみに持たせて熱交換容量を抑制させることができ、所定の高温高圧状態に維持された冷媒を室内機2へ流通させることができる。
この結果、室内熱交換器5の表面でのドレン水凍結を防止することができ、圧縮機12を連続運転させることができることから、所定の温度による冷房運転を可能とするとともに、圧縮機12の耐久性を高めることができる。
次に、第7の実施形態について図10及び図11を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第7の実施形態と第6の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る空気調和機70の配管選択機構71が、図10に示すように、圧縮機12の近傍に配されて圧縮機12の吐出圧を検出する吐出圧力検出装置72と、第4の実施形態に係る空気調和機40に配された第一逆止弁45の代わりに配された第二開閉弁73(電磁弁)をさらに備えているとした点である。
この吐出圧力検出装置72は、他の弁とともに流量制御装置74によって制御される。
この空気調和機70の運転方法について説明する。
暖房運転する場合、室外側膨張弁7を所定の開度に制御するとともに第一開閉弁63及び第二開閉弁73を常に開とする。
これによって、第6の実施形態に係る空気調和機60と同様の作用・効果を奏することができる。
冷房運転する際の運転方法は、図11に示すように、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S51)と、圧縮機12の吐出圧を吐出圧力検出装置72にて検出する工程(S52)と、ホットライン配管13A及び熱交換部8Aの何れにも冷媒を流通させない工程(S53)と、室外空気温度及び圧縮機12の吐出圧力の検出結果に基づき、ホットライン配管13Aのみ或いは室外熱交換器8全体に、圧縮機12の吐出側から室外熱交換器8側に向かって一方向に冷媒を流通させる工程(S54)とを備えている。
冷媒を流通させる工程(S54)は、第6の実施形態と同様に、ホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S54A)と、室外熱交換器8全体に冷媒を流す工程(S54B)とを備えている。
まず、空気調和機70を駆動する際、室外空気温度を検出する工程(S51)及び吐出圧力を検出する工程(S52)を実施して室外空気温度(TA)及び圧縮機12の吐出圧力(Pd)を検出する。
ここで、TA<α、かつ、Pd<γ(γは所定の圧力値)(条件3)の場合には、ホットライン配管13A及び熱交換部8Aの何れにも冷媒を流通させない工程(S53)に移行する。
即ち、室外側膨張弁7を全閉、第一開閉弁63及び第二開閉弁73を閉とする。このとき、圧縮機12から冷媒が吐出されようとしても冷凍サイクル内を流通しないので、吐出圧力が早期に高まる。
この状態で再度、吐出圧力を検出する工程(S52)を実施して吐出圧力(Pd)を検出する。
このとき、吐出圧力がγ≦Pd<δ(δはγよりも大きい所定の圧力値)(条件4)の場合には、ホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S54A)に移行して、第6の実施形態におけるホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S42A)と同様の処理を行って冷房運転を継続する。
この場合、第6の実施形態と同様に、圧縮機12から吐出された冷媒はホットライン配管13Aに流通され、熱交換部8Aには冷媒が流れない。
従って、ホットライン配管13Aのみが凝縮器として機能する。
この場合、熱交換部8A内を流通させる場合よりも少量の冷媒が室外熱交換器8に流通されるために圧縮機12を吐出した冷媒が高圧状態に維持される。
次に、再度、室外空気温度を検出する工程(S51)及び吐出圧力を検出する工程(S52)を実施して、室外空気温度(TA)及び吐出圧(Pd)を検出する。そして、TA≧α、かつ、Pd≧δ(条件5)の場合には、室外熱交換器8全体に冷媒を流す工程(S54B)に移行する。
即ち、室外側膨張弁7を所定開度に開、第一開閉弁63を開、及び第二開閉弁73を開とする。このとき、第6の実施形態に係る室外熱交換器8全体に冷媒を流す工程(S42B)と同様に、圧縮機12から吐出された冷媒は室外熱交換器8全体に流通されて熱交換される。なお、上記各工程における室外側膨張弁7、第一開閉弁63、及び第二開閉弁73のステータスの一覧を表2に示す。
Figure 2006038447
この空気調和機70及びその運転方法によれば、冷房運転の際、ホットライン配管13A及び熱交換部8Aの何れにも冷媒を流通させない工程(S53)を備えているので、圧縮機12の吐出圧力を早期に高めることができ、運転開始直後の冷凍サイクル全体の立ち上がり時間を短縮することができる。
また、吐出圧力検出装置72にて圧縮機12の吐出圧力を直接検出し、室外空気温度の検出結果とあわせて冷媒の流れを制御しているので、室外空気温度のみを検出して運転制御する場合に比べ、より詳細な凝縮圧力制御を行うことができ、冷媒の高圧状態を高い圧力に維持することができる。
次に、第8の実施形態について図12及び図13を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第8の実施形態と第7の実施形態との異なる点は、第7の実施形態に係る空気調和機70の配管選択機構71に係る第二開閉弁73の代わりに、本実施形態に係る空気調和機80の配管選択機構81が、冷媒流量を無段階に調整可能な流量調整弁82を備えているとした点である。この流量調整弁82は、他の弁とともに流量制御装置83によって制御される。
この空気調和機80の運転方法について説明する。
暖房運転する場合、室外側膨張弁7を所定の開度に制御するとともに第一開閉弁63を開、及び流量調整弁82を全開とする。
これによって、第7の実施形態に係る空気調和機70と同様の作用・効果を奏することができる。
冷房運転する際の運転方法は、図13に示すように、室外空気温度を外気温度検出装置22にて検出する工程(S61)と、圧縮機12の吐出圧を吐出圧力検出装置72にて検出する工程(S62)と、室外空気温度及び圧縮機12の吐出圧の検出結果に基づき、ホットライン配管13A或いは室外熱交換器8全体に、圧縮機12の吐出側から室外熱交換器8側に向かって一方向に冷媒を流通させる工程(S63)とを備えている。
冷媒を流通させる工程(S63)は、さらに、ホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S63A)と、ホットライン配管13Aのみに流れる冷媒流量を漸次増加させる工程(S63B)と、室外熱交換器8全体に冷媒を流す工程(S63C)とを備えている。
まず、冷房運転を開始する際、室外側膨張弁7及び流量調整弁82をそれぞれ所定の開度に制御し、第一開閉弁63を開として冷媒を流通させる。そして、室外空気温度を検出する工程(S61)及び吐出圧力を検出する工程(S62)を実施して室外空気温度(TA)及び圧縮機12の吐出圧(Pd)を検出する。
ここで、TA<α、かつ、Pd<γ(条件3)の場合には、ホットライン配管13Aのみに冷媒を流す工程(S63A)に移行する。
即ち、室外側膨張弁7を全閉、第一開閉弁63を閉、流量調整弁82を所定の開度となるまで一定量閉にする。このとき、圧縮機12から吐出されてホットライン配管13Aを流通する冷媒の圧力が上昇する。一方、室外側膨張弁7は全閉、第一開閉弁63は閉とされているので、熱交換部8Aには冷媒が流れない。
従って、ホットライン配管13Aのみが凝縮器として機能するとともに、圧縮機12を吐出した冷媒がより早期に高圧状態とされる。
再度、吐出圧力を検出する工程(S62)を実施して圧縮機12の吐出圧(Pd)を検出したときに、吐出圧がγ≦Pd<ε(εはγとδとの間の所定の圧力)(条件6)の場合には、流量調整弁82の開度を現状維持として冷房運転を継続する。
吐出圧力を検出する工程(S62)を繰り返して圧縮機12の吐出圧(Pd)を検出したときに、吐出圧がε≦Pd<δ(条件7)となった場合には、ホットライン配管13Aのみに流れる冷媒流量を漸次増加させる工程(S63B)に移行する。
即ち、室外側膨張弁7及び第一開閉弁63の状態はそのままとし、流量調整弁82を所定の開度となるように一定量開にする。
この場合、ホットライン配管13Aを流通する冷媒量が増加するため、圧縮機12の吐出圧の昇圧率が緩和される。
そして、室外空気温度を検出する工程(S61)及び吐出圧力を検出する工程(S62)を実施して室外空気温度(TA)及び圧縮機12の吐出圧(Pd)を検出する。この際、TA≧α、かつ、Pd≧δ(条件5)の場合には、室外熱交換器8全体に冷媒を流す工程(S63C)に移行する。
即ち、室外側膨張弁7を所定開度に開とし、第一開閉弁63を開とし、流量調整弁82を全開とする。このとき、上記他の実施形態と同様に、圧縮機12から吐出された冷媒は、室外熱交換器8全体に流通される。なお、上記各工程における室外側膨張弁7、第一開閉弁63、及び流量調整弁82のステータスの一覧を表3に示す。
Figure 2006038447
この空気調和機80及びその運転方法によれば、第7の実施形態に係る空気調和機70における第二開閉弁73の代わりに、流量を調整可能な流量調整弁82が配されているので、単に開閉制御を行う場合に比べて、圧縮機12の吐出圧力をより安定的に制御することができる。従って、冷凍サイクル内の冷媒圧力の平準化をより好適に行うことができ、より安定した空調を行うことができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記第6から第8の実施形態において、冷房運転時の空気調和機の運転方法において、ホットライン配管13A或いは室外熱交換器8全体に、圧縮機12の吐出側から室外熱交換器8側に向かって一方向に冷媒を流通させる工程を備えているとしているが、運転条件によっては、室外熱交換器8の熱交換部8Aのみに冷媒を流通させる制御を行っても構わない。
本発明の第1の実施形態に係る空気調和機を示す構成図である。 本発明の第2及び第3の実施形態に係る空気調和機を示す構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の運転方法を説明するフロー図である。 本発明の第3の実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の運転方法を説明するフロー図である。 本発明の第4及び第5の実施形態に係る空気調和機を示す構成図である。 本発明の第4の実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の運転方法を説明するフロー図である。 本発明の第5の実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の運転方法を説明するフロー図である。 本発明の第6の実施形態に係る空気調和機を示す構成図である。 本発明の第6の実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の運転方法を説明するフロー図である。 本発明の第7の実施形態に係る空気調和機を示す構成図である。 本発明の第7の実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の運転方法を説明するフロー図である。 本発明の第8の実施形態に係る空気調和機を示す構成図である。 本発明の第8の実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の運転方法を説明するフロー図である。
符号の説明
1、20、40、60、70、80 空気調和機(冷凍サイクル装置)
5 室内熱交換器
6 室内側膨張弁
7 室外側膨張弁
8 室外熱交換器
8A 熱交換部
12 圧縮機
13 冷媒配管
13A ホットライン配管(第一配管)
13B バイパス配管(第二配管)
21 ホットライン配管温度検出装置(第一温度検出部)
22 外気温度検出装置(第二温度検出部)
23 ホットライン回路電磁弁(流量調整手段)
41 流通機構
61、71、81 配管選択機構


Claims (8)

  1. 少なくとも室内熱交換器、室内側膨張部、室外側膨張部、室外熱交換器、及び、圧縮機を順次配管接続して冷媒を循環させてなる冷凍サイクルを有する冷凍サイクル装置であって、
    前記室内側膨張部と前記室外側膨張部との間を配管接続する冷媒配管が、前記室外熱交換器の少なくとも一部を経由する第一配管と経由しない第二配管とに分岐されていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 前記第一配管の温度を検出する第一温度検出部と、
    室外空気温度を検出する第二温度検出部とを備え、
    前記第一配管に、前記室外空気温度と前記第一配管の温度とに基づき流量制御可能な流量調整手段が配されてい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。
  3. 前記室外側膨張部から前記室外熱交換器へ冷媒を流通させる際に、前記室外空気温度と前記第一配管の温度とに基づき少なくとも一部の前記冷媒を前記第一配管へ分流させる流通機構を備えていることを特徴とする請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 少なくとも室内側膨張部、室外側膨張部、室外熱交換器、及び、圧縮機を順次配管接続して冷媒を循環させてなる冷凍サイクルを有する冷凍サイクル装置の運転方法であって、
    室外空気温度を検出する工程と、
    前記室外熱交換器の少なくとも一部を経由して配された第一配管と経由しない第二配管とに途中で分岐されて前記室内側膨張部と前記室外側膨張部とを配管接続する冷媒配管の前記第一配管の温度を検出する工程と、
    室外空気温度と前記第一配管の温度とに基づき前記第一配管内の冷媒流量を調整する工程とを備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。
  5. 前記第一配管内の冷媒の流通方向を前記室外熱交換器内の流通方向と同一方向とする工程を備えていることを特徴とする請求項4に記載の冷凍サイクル装置の運転方法。
  6. 前記室外熱交換器に前記第一配管よりも多くの冷媒量を流通させる熱交換部が配され、
    前記第一配管及び前記熱交換部の少なくとも一方に、前記圧縮機の吐出側から前記室外熱交換器側に向かって一方向に前記冷媒を流通させる配管選択機構を備えてい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。
  7. 少なくとも室内熱交換器、室内側膨張部、室外側膨張部、室外熱交換器、及び、圧縮機を順次配管接続して冷媒を循環させてなる冷凍サイクルを有する冷凍サイクル装置の運転方法であって、
    室外空気温度を検出する工程と、
    室外空気温度の検出結果に基づき、前記室外熱交換器の少なくとも一部を経由して配された第一配管及び該第一配管よりも多くの冷媒を流通可能に前記室外熱交換器に配された熱交換部の少なくとも一方に、前記圧縮機の吐出側から前記室外熱交換器側に向かって一方向に前記冷媒を流通させる工程とを備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。
  8. 前記圧縮機の吐出圧力を検出する工程をさらに備え、
    前記一方向に前記冷媒を流通させる工程が、前記圧縮機の吐出圧力の検出結果と合わせて前記冷媒を流通させることを特徴とする請求項7に記載の冷凍サイクル装置の運転方法。
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