JP2009210174A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】除霜運転時、凍結防止パイプに無駄な冷媒の流れが生じることを防ぎ、暖房運転時に凍結防止パイプに溜めておいた高温冷媒の熱を生かして、凍結防止の目的が確実に達成されるようにする。
【解決手段】圧縮機2、室外熱交換器4、減圧膨張装置5、及び室内熱交換器6を含むヒートポンプサイクル1を構成する。室外熱交換器4の下に置かれるドレンパンに、ヒートポンプサイクル1中の冷媒の熱をドレン水に伝える凍結防止パイプ7を設置する。凍結防止パイプ7は、ヒートポンプサイクル1の中で、暖房時、室内熱交換器6から室外熱交換器4へと冷媒が流れる箇所に、バイパス路として接続される。凍結防止パイプ7には、ヒートポンプサイクル1との間の冷媒の出入りを遮断できる開閉装置8を設ける。
【選択図】図1
【解決手段】圧縮機2、室外熱交換器4、減圧膨張装置5、及び室内熱交換器6を含むヒートポンプサイクル1を構成する。室外熱交換器4の下に置かれるドレンパンに、ヒートポンプサイクル1中の冷媒の熱をドレン水に伝える凍結防止パイプ7を設置する。凍結防止パイプ7は、ヒートポンプサイクル1の中で、暖房時、室内熱交換器6から室外熱交換器4へと冷媒が流れる箇所に、バイパス路として接続される。凍結防止パイプ7には、ヒートポンプサイクル1との間の冷媒の出入りを遮断できる開閉装置8を設ける。
【選択図】図1
Description
本発明は、ヒートポンプサイクルを用いて暖房を行う空気調和機に関する。
ヒートポンプサイクルを用いて暖房を行う空気調和機の場合、暖房運転時は室外熱交換器が蒸発器となって表面温度が下がり、フィンに室外空気中の水分が結露する。外気温が低いとき(特に寒冷地において)は、結露水が凍り付いたり、あるいは水分が霜の形で付着(着霜)したりする。氷や霜がフィンの表面を覆うと熱交換が妨げられるので、適当なタイミングで除霜運転が行われる。
除霜運転では室外熱交換器を一時的に凝縮器とし、高温の冷媒を流してフィンに付着した氷や霜を溶かす。氷や霜が溶けたドレン水はドレンパンで受けられ、排水されるが、外気温が特に低い場合など、排水されるまでの間にドレンパン中で結氷することがある。氷の層がドレン排水口を塞ぎ、排水が行われなくなると、ドレンパン中のドレン水位が上昇し、氷の層も上昇する。さらに事態が進行すると、氷が室外熱交換器やファンに接触してそれらが破壊される可能性も生じる。
上記問題に対処するため、ヒートポンプサイクルから熱を取り出して凍結防止を行う仕組みが提案されている。その例を特許文献1、2に見ることができる。
特許文献1に記載された空気調和機の回路構成を図10に示す。この空気調和機は、圧縮機101、室内熱交換器102、減圧膨張手段103、及び室外熱交換器104でヒートポンプサイクルを構成している。室内熱交換器102と減圧膨張手段103の間には逆止弁105が設けられ、逆止弁105の前後をバイパスする形で、二方弁106と凍結防止パイプ107が設けられている。
図10において、実線矢印は冷房運転時の冷媒流れ方向を示し、破線矢印は暖房運転時の冷媒流れ方向を示す。冷房運転時には、圧縮機101から吐出された冷媒は室外熱交換器104で凝縮し、減圧膨張手段103から逆止弁105を経て室内熱交換器102に入り、そこで蒸発して室内空気から熱を取り込んだ後、圧縮機101に戻る。この時二方弁106は閉じており、凍結防止パイプ107には冷媒は流れない。暖房運転時には、圧縮機101から吐出された冷媒は室内熱交換器102で凝縮し、逆止弁105には流れず、凍結防止パイプ107から二方弁106、さらに減圧膨張手段103を経て室外熱交換器104に入り、そこで蒸発して室外空気から熱を取り込んだ後、圧縮機101に戻る。凍結防止パイプ107を流れる冷媒の凝縮熱が水受皿の凍結を防止する。
特許文献2に記載された空気調和機では、冷房運転時に室外熱交換器から室内熱交換器へと冷媒を流す回路の途中に外側膨張弁と内側膨張弁を直列接続し、この外側膨張弁と内側膨張弁の間の回路部分を底板加熱器としている。そして底板加熱器をバイパスするバイパス管を設け、そこに調整弁を配置している。
暖房運転時は、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒は室内熱交換器で放熱し凝縮した後、内側膨張弁を経て、凍結の可能性の有無に応じ、所定の流量比率で底板加熱器及び調整弁とバイパス管を通り、外側膨張弁に至る。そして室外熱交換器で室外空気から熱を取り込み、圧縮機に戻る。
デアイス運転時は冷媒の流れが逆転し、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒は室外熱交換器で放熱して除霜を行う。調整弁は閉じ、底板加熱器に冷媒が流れて排水の凍結を防止する。
実開昭62−102924
特開2005−49002
特許文献1記載の空気調和機では凍結防止パイプに、特許文献2記載の空気調和機では底板加熱器に、それぞれ高温高圧の冷媒を流して凍結防止を行うのであるが、いずれの構成例でも、除霜運転時に室内熱交換器側が低圧になると凍結防止パイプあるいは底板加熱器に溜められた高温高圧の冷媒が室内熱交換器側に引き出されてしまう。そのため凍結防止パイプあるいは底板加熱器の温度が低下し、除霜された暖かいドレン水が冷えて結氷を招く可能性がある。また暖房運転時に室内熱交換器を出た高温高圧の冷媒を全て凍結防止パイプあるいは底板加熱器に通してしまうと、暖房能力が低下する。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、除霜運転時、凍結防止パイプに無駄な冷媒の流れが生じることを防ぎ、暖房運転時に凍結防止パイプに溜めておいた高温冷媒の熱を生かして、凍結防止の目的が確実に達成されるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、圧縮機、室外熱交換器、減圧膨張装置、及び室内熱交換器を含むヒートポンプサイクルを構成するとともに、前記室外熱交換器の下に置かれるドレンパンに、前記ヒートポンプサイクル中の冷媒の熱をドレン水に伝える凍結防止パイプを設置する空気調和機において、前記ヒートポンプサイクルの中で、暖房運転時に前記室内熱交換器から前記室外熱交換器へと冷媒が流れる箇所に、前記凍結防止パイプがバイパス路として接続されるとともに、前記凍結防止パイプに、前記ヒートポンプサイクルとの間の冷媒の出入りを遮断できる開閉装置が設けられていることを特徴としている。
この構成によると、暖房運転時には開閉装置を開いて凍結防止パイプに高温高圧の冷媒を流し、ドレン水の凍結を防ぐことができる。除霜運転時には開閉装置を閉じ、凍結防止パイプに溜まった高温冷媒が室内熱交換器側に引き出されて凍結防止パイプの温度が低下するのを防ぐことができる。
また凍結防止パイプはバイパス路なので、暖房運転時、必ずしも冷媒の全量を凍結防止パイプに通す必要はなく、暖房能力の低下を抑えることができる。
上記構成の空気調和機において、前記開閉装置が、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室内熱交換器側の接続箇所近くに設けられた電磁開閉弁と、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室外熱交換器側の接続箇所近くに設けられ、凍結防止パイプから出て行く方向の冷媒流れのみを許す逆止弁により構成されることが好ましい。
この構成によると、凍結防止パイプへの冷媒の出入りを遮断できる開閉装置を簡単に構成することができる。
上記構成の空気調和機において、前記開閉装置が、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室内熱交換器側の接続箇所近くに設けられた電磁開閉弁と、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室外熱交換器側の接続箇所近くに設けられた電磁開閉弁により構成されることが好ましい。
この構成によると、両方の電磁開閉弁を閉じ、暖房運転時に溜まった高温高圧の冷媒を凍結防止パイプに閉じ込めてから除霜運転に移行することができる。閉じ込められる冷媒量が多いことから、凍結防止パイプはより多くの熱量を保持しており、凍結防止を一層確実なものとすることができる。
上記構成の空気調和機において、暖房運転時に前記電磁開閉弁が少なくとも所定期間は開かれており、除霜運転開始時には前記電磁開閉弁は閉じられていることが好ましい。
この構成によると、暖房運転時に高温高圧の冷媒を凍結防止パイプに取り込み、取り込んだ高温高圧の冷媒を、除霜運転開始時にそのまま凍結防止パイプ内に保持しておくことができる。
上記構成の空気調和機において、当該空気調和機の制御部は、暖房運転から除霜運転に移るとき、冷媒凝縮温度を上げる運転制御を行うことが好ましい。
この構成によると、除霜運転中の凍結防止パイプの温度低下を遅らせることができる。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記凍結防止パイプには、前記ドレンパン中のドレン水に浸る突起が形成されていることが好ましい。
この構成によると、凍結防止パイプの熱を効率良くドレン水に伝えることができる。
本発明によると、暖房運転時に凍結防止パイプに溜めておいた高温冷媒の熱を生かして除霜運転時にドレン水の凍結防止を行うことができ、熱エネルギーの効率的利用が可能である。このように熱エネルギーを効率的に利用してドレン水の凍結を防ぐことにより、常時ドレン水の排水経路が確保され、寒冷地で長期にわたり連続して暖房運転することが可能な、信頼性の高い空気調和機を得ることができる。
本発明の第1実施形態を図1〜図5に示す。図1及び図2は空気調和機の冷凍サイクル図であり、図1は暖房運転時の状態を示し、図2は除霜運転時の状態を示す。図3〜図5は一部の構成要素の斜視図である。
本発明に係る空気調和機は、冷凍サイクルとして、図1に示すヒートポンプサイクル1を用いている。ヒートポンプサイクル1は、圧縮機2、四方弁3、室外熱交換器4、減圧膨張装置5、及び室内熱交換器6をループ状に接続したものである。
ヒートポンプサイクル1の中で、暖房運転時に、室内熱交換器6側から室外熱交換器4側へと冷媒が流れる箇所に、凍結防止パイプ7をバイパス路として2箇所で接続する。すなわち、室内熱交換器6寄りに一方の接続箇所を設定し、室外熱交換器4寄りに他方の接続箇所を設定する。いずれの接続箇所も減圧膨張装置5の上流側である。
凍結防止パイプ7には、ヒートポンプサイクル1との間の冷媒の出入りを遮断できる開閉装置8を設ける。開閉装置8は、室内熱交換器6側の接続箇所近くに設けられた電磁開閉弁9と、室外熱交換器4側の接続箇所近くに設けられた逆止弁10により構成される。逆止弁10は、凍結防止パイプ7からヒートポンプサイクル1に冷媒が流出するのは許すが、ヒートポンプサイクル1から凍結防止パイプ7に冷媒が流入するのは許さない。なお電磁開閉弁9は、開閉制御のみ行えるものであってもよく、開閉制御に加えて開度調節も可能なものであってもよいが、ここでは開閉制御のみ行えるタイプとして説明を進める。
図3〜図5には、平面形状L字形の室外熱交換器4と、凍結防止パイプ7の他、室外熱交換器4の下に置かれて室外熱交換器4から垂れるドレン水を受けるドレンパン11が図示されている。凍結防止パイプ7は室外熱交換器4とドレンパン11の間に置かれるものであり、室外熱交換器4の平面形状に合わせる形で屈曲している。ドレンパン11には、凍結防止パイプ7に沿って、複数のドレン排水口12が形成されている。室外機の組み立てに際しては、まず図4に示すようにドレンパン11の中の図示しないドレン水に浸る位置に凍結防止パイプ7を固定し、次いで図5に示すように、凍結防止パイプ7の上方に室外熱交換器4を固定する。
第1実施形態の空気調和機の動作は次の通りである。図1は暖房運転時の状態を示す。この時は、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒は室内熱交換器6に入ってそこで放熱し、凝縮する。室内熱交換器6を出た冷媒は未だ高温を保っており、その一部は、電磁開閉弁9が開いているため凍結防止パイプ7に流れる。電磁開閉弁9は、暖房運転時に少なくとも所定期間は開かれているものとする。凍結防止パイプ7を流れる冷媒の熱はドレンパン11の中のドレン水に伝えられ、ドレン水は凍結を防止される。凍結防止パイプ7を抜けた冷媒は逆止弁10を通ってヒートポンプサイクル1に戻り、減圧膨張装置5から室外熱交換器4に入ってそこで膨張し、室外空気から熱を取り込んだ後、圧縮機2に戻る。
図2は冷房運転時あるいは除霜運転時の状態を示す。この時は暖房運転時と冷媒の流れが逆になる。すなわち、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒は室外熱交換器4に入ってそこで放熱し、凝縮する。室外熱交換器4を出た冷媒は減圧膨張装置5から室内熱交換器6に入ってそこで膨張し、室内空気から熱を取り込んだ後、圧縮機2に戻る。逆止弁10が存在することにより、凍結防止パイプ7に、室外熱交換器4側の接続箇所から冷媒が流入することはない。また電磁開閉弁9はこの時閉じており、凍結防止パイプ7に、室内熱交換器6側の接続箇所から冷媒が流入することもない。
凍結防止パイプ7の内圧が高いと、逆止弁10を通ってヒートポンプサイクル1に冷媒が流出することがあり得る。しかしながらヒートポンプサイクル1と凍結防止パイプ7の圧力がバランスすればその時点で冷媒の流出は止まり、電磁開閉弁9と逆止弁10の間の冷媒は凍結防止パイプ7の中に滞留することになる。
除霜運転は暖房運転の途中で行われるものであり、その時に開閉装置8が閉じると、凍結防止パイプ7の中に高温の冷媒が閉じ込められる。この冷媒は室内熱交換器6の側に引き出されないので、温度を比較的長く保ち、ドレン水の凍結を防止する。なお、開閉装置8の電磁開閉弁9を閉じるタイミングとしては、除霜運転開始より所定時間だけ前であって、暖房運転のため圧縮機2が稼働しているときを選択するのが好ましい。このようにすれば、高温の冷媒をより確実に凍結防止パイプ7に閉じ込めることができる。
例えば、除霜のため、暖房運転中に圧縮機2を一旦停止(暖房運転を中断)させ、四方弁3を切り替えてから圧縮機2を再稼動して冷媒の流れを逆転させるという制御を行う場合、圧縮機停止より所定時間(例えば「1分」「3分」)だけ前に電磁開閉弁9を閉じればよい。「所定時間」については、適宜実験等を行い、適切な時間を設定すればよい。
凍結防止パイプ7はバイパス路なので、暖房運転時、必ずしも冷媒の全量を凍結防止パイプ7に通す必要はなく、暖房能力の低下を抑えることができる。
空気調和機の制御部(図示せず)は、暖房運転から除霜運転に移るとき、冷媒凝縮温度を上げる運転制御を行う。具体的には、室内熱交換器6のファン(図示せず)を止める、圧縮機2の回転数を上げる、減圧膨張装置5を絞るなどの制御を行う。これにより、凍結防止パイプ7に流入する冷媒の温度を高め、除霜運転中の凍結防止パイプ7の温度低下を遅らせることができる。
本発明の第2実施形態を図6及び図7に示す。図6及び図7は空気調和機の冷凍サイクル図であり、図6は暖房運転時の状態を示し、図7は除霜運転時の状態を示す。
第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、逆止弁10に代えて電磁開閉弁13を配置したことである。つまり凍結防止パイプ7の両端がいずれも電磁開閉弁で開閉されることになる。なお電磁開閉弁13も、電磁開閉弁9と同様、開閉制御のみ行えるタイプとして説明を進める。
電磁開閉弁9、13は、暖房運転時に少なくとも所定期間は開かれているものとする。暖房運転から除霜運転に移るときは、電磁開閉弁9、13を閉じた後に圧縮機2を停止する。これにより凍結防止パイプ7の中に高温高圧の冷媒を閉じ込めることができる。その後四方弁3を切り替えて除霜サイクルとし、圧縮機2を駆動して除霜運転を行う。
除霜終了後、圧縮機2を停止し、四方弁3を切り替えて暖房サイクルとする。次いで電磁開閉弁9、13を開き、凍結防止パイプ7内への冷媒の出入りを自由にしてから、圧縮機2の駆動を再開する。
第2実施形態の構成によれば、除霜運転時、凍結防止パイプ7の内圧が高くても、第1実施形態のようにヒートポンプサイクル1に冷媒を流出させることがない。従って凍結防止パイプ7に閉じ込められる冷媒量が多く、凍結防止パイプ7はより多くの熱量を保持する。このため、凍結防止を一層確実なものとすることができる。
開閉装置8の電磁開閉弁9、13を閉じるタイミングは、除霜運転開始より所定時間だけ前であって、暖房運転のため圧縮機2が稼働しているときを選択するのが好ましい。このようにすれば、高温の冷媒をより確実に凍結防止パイプ7に閉じ込めることができる。
例えば、除霜のため、暖房運転中に圧縮機2を一旦停止(暖房運転を中断)させ、四方弁3を切り替えてから圧縮機2を再稼動して冷媒の流れを逆転させるという制御を行う場合、圧縮機停止より所定時間(例えば「1分」「3分」)だけ前に電磁開閉弁9、13を閉じればよい。「所定時間」については、適宜実験等を行い、適切な時間を設定すればよい。なお、電磁開閉弁9、13を閉じるにあたっては、両方同時に閉じてもよいが、どちらか一方を先に閉じ、少しタイミングを遅らせて他方を閉じることとしてもよい。
第2実施形態においても、第1実施形態と同様、暖房運転から除霜運転に移るときに冷媒凝縮温度を上げる運転制御を行うこととすることができる。
本発明の第3実施形態を図8及び図9に示す。図8は一部の構成要素の斜視図、図9は凍結防止パイプの部分拡大断面図である。
第3実施形態は凍結防止パイプ7の構造に係るものであり、第1実施形態と第2実施形態のいずれにも重複実施が可能である。第3実施形態では、凍結防止パイプ7の所々に、ドレンパン11の中のドレン水に浸る突起14を設けた。突起14を設けるのは、突起形状を有する別部材を嵌合やロウ付けで凍結防止パイプ7に固定することにより実現できる。突起14は凍結防止パイプ7から下向きに突き出してドレン排水口12を貫通する形であるのがよい。また図9に示すように、突起14は中空で、内部に冷媒が入り込む構造であるのがよい。
上記のような突起14を設けることにより、凍結防止パイプ7の熱を効率良くドレン水に伝えることができる。また突起14がドレン排水口12を貫通するか、貫通しないまでもドレン排水口12すれすれまで接近していれば、ドレン水は突起14に誘導されてスムーズにドレン排水口12から排水される。これにより、ドレンパン11内のドレン水滞留量が少なくなり、結果として結氷の危険を低減することができる。また突起14がドレン排水口12の周辺に集中的に熱を伝えるから、ドレン排水口12が氷で閉ざされるという事態を回避することができる。
以上本発明の各実施形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することができる。
本発明はヒートポンプサイクルを用いて暖房を行う空気調和機に広く利用可能である。
1 ヒートポンプサイクル
2 圧縮機
3 四方弁
4 室外熱交換器
5 減圧膨張装置
6 室内熱交換器
7 凍結防止パイプ
8 開閉装置
9 電磁開閉弁
10 逆止弁
11 ドレンパン
12 ドレン排水口
13 電磁開閉弁
14 突起
2 圧縮機
3 四方弁
4 室外熱交換器
5 減圧膨張装置
6 室内熱交換器
7 凍結防止パイプ
8 開閉装置
9 電磁開閉弁
10 逆止弁
11 ドレンパン
12 ドレン排水口
13 電磁開閉弁
14 突起
Claims (6)
- 圧縮機、室外熱交換器、減圧膨張装置、及び室内熱交換器を含むヒートポンプサイクルを構成するとともに、前記室外熱交換器の下に置かれるドレンパンに、前記ヒートポンプサイクル中の冷媒の熱をドレン水に伝える凍結防止パイプを設置する空気調和機において、
前記ヒートポンプサイクルの中で、暖房運転時に前記室内熱交換器から前記室外熱交換器へと冷媒が流れる箇所に、前記凍結防止パイプがバイパス路として接続されるとともに、前記凍結防止パイプに、前記ヒートポンプサイクルとの間の冷媒の出入りを遮断できる開閉装置が設けられていることを特徴とする空気調和機。 - 前記開閉装置が、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室内熱交換器側の接続箇所近くに設けられた電磁開閉弁と、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室外熱交換器側の接続箇所近くに設けられ、凍結防止パイプから出て行く方向の冷媒流れのみを許す逆止弁により構成されることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
- 前記開閉装置が、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室内熱交換器側の接続箇所近くに設けられた電磁開閉弁と、前記ヒートポンプサイクルと前記凍結防止パイプとの前記室外熱交換器側の接続箇所近くに設けられた電磁開閉弁により構成されることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
- 暖房運転時に前記電磁開閉弁が少なくとも所定期間は開かれており、除霜運転開始時には前記電磁開閉弁は閉じられていることを特徴とする請求項2または3に記載の空気調和機。
- 当該空気調和機の制御部は、暖房運転から除霜運転に移るとき、冷媒凝縮温度を上げる運転制御を行うことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記凍結防止パイプには、前記ドレンパン中のドレン水に浸る突起が形成されていることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の空気調和機。
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- 2008-03-04 JP JP2008052839A patent/JP2009210174A/ja active Pending
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