JP2012127542A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房機能を継続しながらも確実に室外熱交換器を除霜する。
【解決手段】ガス管Ｌ４１に配設された第１四方弁７と、第１四方弁７及び吸入管Ｌ２１を連結する第１連結管８と、室外熱交換器内部の温度を検出する温度センサ９と、液管Ｌ４２と吸入管Ｌ２１を連結するバイパス配管１１と、液管Ｌ４２を流れる冷媒とバイパス配管１１を流れる冷媒との熱交換を行う補助熱交換器１２と、バイパス配管１１に設けられた補助膨張弁１３とを備えている。そして、暖房運転時において、温度センサ９の検出温度が所定値以下の場合に、主四方弁３を暖房回路に維持した状態で、第１四方弁７を冷房回路に切り換えて室外熱交換器４にガス冷媒を流すとともに、補助膨張弁１３を開放して補助熱交換器１２により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として吸入管Ｌ２１に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、除霜機能を有する空気調和装置に関するものである。

従来、除霜機能を有する空気調和装置としては、暖房運転時に定期的に除霜動作をおこなうように構成されている。この除霜運転は、室外熱交換器のガス管が接続された四方弁を切り替えることにより行っており、除霜運転時には、暖房運転を行うことができないという問題がある。

ここで、特許文献１に示すように、室外熱交換器を第１熱交換器及び第２熱交換器に２分割して、それぞれのガス管に第１四方弁及び第２四方弁を備え、これら四方弁を切り替え操作することにより、一方の室外熱交換器で暖房運転しながら、他方の室外熱交換器で除霜運転できるように構成したものが考えられている。この切り替え操作を繰り返すことにより、暖房運転を中止することなく除霜が可能となり、快適性を向上できる。

しかしながら、分割した熱交換を上下設置の構造とした場合、上熱交換器の除霜水が上下熱交換器境界で凍結し、暖房能力が低下するという問題がある。このように室外熱交換器を上下分割した場合であっても依然として室外熱交換器に霜が付着して熱交換機能を損ねて暖房能力が低下してしまうという問題がある。

特開昭５９−１８０２５号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、暖房機能を継続しながらも確実に室外熱交換器を除霜することを主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、主四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を環状に接続してなる冷媒回路を有する空気調和装置であって、前記室外熱交換器のガス管に配設された第１四方弁と、前記第１四方弁及び前記圧縮機の吸入管を連結する第１連結管と、前記室外熱交換器内部の温度を検出する温度センサと、前記室外熱交換器の液管と前記圧縮機の吸入管を連結するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられ、前記液管を流れる冷媒とバイパス配管を流れる冷媒との熱交換を行う補助熱交換器と、前記主四方弁、前記第１四方弁及び前記補助膨張弁を制御する制御装置とを具備し、前記制御装置が、暖房運転時において、前記温度センサの検出温度が所定値以下である場合に、前記主四方弁を暖房回路に維持した状態で、前記第１四方弁を冷房回路に切り換えて前記室外熱交換器にガス冷媒を流すとともに、前記補助膨張弁を開放して前記補助熱交換器により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として前記吸入管に戻すものであることを特徴とする。

このようなものであれば、主四方弁により暖房回路を維持した状態で第１四方弁で室外熱交換器を冷房回路に切り替えて、室外熱交換器に高温ガス冷媒を流すことができるので、室外熱交換器に付着した霜を除くことができる。このとき、バイパス配管に備えた補助膨張弁を開いて、補助熱交換器で液冷媒の少なくとも一部を蒸発させてガス冷媒として吸入管に戻しているので、除霜中に補助熱交換器を蒸発器とすることで吸入圧力の低下を防止して、暖房運転を継続しながら除霜でき、除霜中の室温低下を抑制して快適性を向上できる。

前記室外熱交換器が第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に上下分割して構成されており、前記第１室外熱交換器のガス管に配設された第１四方弁と、前記第１四方弁及び前記圧縮機の吸入管を連結する第１連結管と、前記第１室外熱交換器内部の温度を検出する第１温度センサと、前記第１室外熱交換器の液管に設けられた第１膨張弁と、前記第２室外熱交換器のガス管に配設された第２四方弁と、前記第２四方弁及び前記圧縮機の吸入管を連結する第２連結管と、前記第２室外熱交換器内部の温度を検出する第２温度センサと、前記第２室外熱交換器の液管に設けられた第２膨張弁とを備え、前記制御装置が、前記第１室外熱交換器のみを除霜し、次に前記第１室外熱交換器及び前記第２室外熱交換器を同時除霜し、次に前記第２室外熱交換器のみを除霜するものであり、前記第１室外熱交換器及び前記第２室外熱交換器を同時除霜の際に、前記補助膨張弁を開放して前記補助熱交換器により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として前記吸入管に戻すものであることが望ましい。

このように第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器を交互に除霜することにより、除霜中も暖房運転を継続できるので、除霜中の室温低下を抑制して快適性を向上できる。また、第１室外熱交換器の除霜と第２室外熱交換器の除霜の間に同時除霜を行って両熱交換器のパス配管温度を同時に高くすることにより、第１室外熱交換器の除霜水が熱交換器境界で凍結することを防止できる。

制御装置の具体的な制御の態様としては、前記制御装置が、暖房運転時において、前記第１温度センサ又は前記第２温度センサの検出温度が所定値以下である場合に、前記主四方弁を暖房回路に維持した状態で、前記第１四方弁を冷房回路に切り換えるとともに前記第２四方弁を暖房回路に維持して、前記第１室外熱交換器にガス冷媒を流し、次に、前記第１四方弁及び前記第２四方弁を同時に冷房回路に切り換えて、所定時間前記第１室外熱交換器及び前記第２室外熱交換器にガス冷媒を流すとともに、前記補助膨張弁を開放して前記補助熱交換器により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として前記吸入管に戻し、次に、前記第１四方弁を暖房回路に切り換えて、前記第２四方弁を冷房回路に維持して、前記第２室外熱交換器にガス冷媒を流すものであることが望ましい。

除霜を開始した第１四方弁切り換え直後は、高温ガス冷媒が一気に第１室外熱交換器に流入するため、一時的に第１温度センサの検知温度が急上昇する。このため前記制御装置が、前記第１室外熱交換器の除霜開始後、所定時間経過した後に、前記第１温度センサの検知温度を取得するものであることが望ましい。つまり、所定時間、第１温度センサの検知開始を遅延させることにより、初期温度上昇検知を回避することができる。これにより、除霜終了の誤検知を防止し、残霜を防止することにより、暖房能力低下を防止できる。

前記室外熱交換器が第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に上下分割して構成されており、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器の分割境界に除霜時に高温冷媒ガスが流れるようにパス配管が形成されていることが望ましい。これにより、上下室外熱交換器の境界パス配管に流れる冷媒温度を高く維持することができ、第１室外熱交換器の除霜水が熱交換器境界で凍結することを防止でき、凍結による暖房能力低下を防止できる。

このように構成した本発明によれば、暖房機能を継続しながらも確実に室外熱交換器を除霜することができる。

第１実施形態に係る空気調和装置の室外機の構成を示す模式図。 第２実施形態に係る空気調和装置の室外機の構成を示す模式図。 第２実施形態における第１、第２室外熱交換器の除霜運転を示す図。 第１温度センサの検知温度の時間変化を示す図。 第１、第２室外熱交換器のパス配管の構成を示す模式図。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る空気調和装置１００は、図１に示すように、圧縮機２、主四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁５、室内熱交換器６を環状に接続してなる冷媒回路を有する空気調和装置である。なお、主四方弁３は、冷媒の流れを変化させて室内機１ａ及び室外機１ｂにそれぞれ配置された室外熱交換器４及び室内熱交換器６を、凝縮器または蒸発器のいずれかに選択的に切り換え、室内における冷暖房を切り換えるものである。

またこの空気調和装置１００は、室外熱交換器４のガス管Ｌ４１に配設された第１四方弁７と、この第１四方弁７及び圧縮機２の吸入管Ｌ２１を連結する第１連結管８と、室外熱交換器４下側のパス配管の温度を検出する温度センサ９と、室外熱交換器４の液管Ｌ４２に設けられ、冷媒流量を調整する流量調整弁たる膨張弁１０と、室外熱交換器４の液管Ｌ４２と前記圧縮機２の吸入管Ｌ２１を連結するバイパス配管１１と、前記バイパス配管１１に設けられ、前記液管Ｌ４２を流れる冷媒とバイパス配管１１を流れる冷媒との熱交換を行う補助熱交換器１２と、バイパス配管１１において補助熱交換器１２に対して液管Ｌ４２側に設けられ、冷媒を減圧する補助膨張弁１３と、主四方弁３、第１四方弁７及び補助膨張弁１３等を制御する制御装置１４とを具備する。なお、膨張弁１０及び補助膨張弁１３は電子膨張弁を用いている。

制御装置１４は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、ディスプレイ等の出力機器、キーボードなどの入力機器、ＡＤコンバータ等を有したいわゆるコンピュータであり、前記メモリに格納したプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が動作することによって、空気調和装置１００の各部を制御する。

具体的にこの制御装置１４は、暖房運転時において、温度センサ９の検出温度が所定値以下である場合に、主四方弁３を暖房回路に維持した状態で、第１四方弁７を冷房回路に切り換えて前記室外熱交換器４にガス冷媒を流すとともに、開閉弁たる補助膨張弁１３を開放して補助熱交換器１２により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として吸入管Ｌ２１に戻すものである。

このように制御装置１４によって主四方弁３が暖房回路を維持した状態では、圧縮機２の吐出管Ｌ２２を出た高温ガス冷媒は、主四方弁３を介して室内熱交換器６に流れる。そして、室内熱交換器６を通過した液冷媒は、室外熱交換器４に接続された液管Ｌ４２に流入する。

一方で、第１四方弁７が冷房回路に切り替えられた状態で、圧縮機２の吐出管Ｌ２２を出た高温ガス冷媒は、当該吐出管Ｌ２２に接続された熱交換器４のガス管Ｌ４１を通り第１四方弁７を介して室外熱交換器４に流入する。これにより高温ガス冷媒が室外熱交換器４を通って、当該室外熱交換器４に付着した霜を溶かして除去することができる。そして室外熱交換器４を通過した冷媒は液管Ｌ４２に流入する。

室内熱交換器６を通過した液冷媒は、液管Ｌ４２からバイパス配管１１を通って補助熱交換器１２に流入する。一方、室外熱交換器４を通過した液冷媒は液管Ｌ４２を通り補助熱交換器１２に流入する。そしてバイパス配管１１を通って補助熱交換器１２に流入した液冷媒は、その一部が蒸発してガス冷媒として吸入管Ｌ２１に流入する。

そして制御装置１４は、温度センサ９の検知温度が所定値以上（例えば１℃以上）となった場合に、第１四方弁７を暖房回路に切り替えて通常の暖房運転とする。なお、上記の除霜運転時以外の通常暖房運転時には、補助膨張弁１３は閉じている。

＜第１実施形態の効果＞
このように構成した第１実施形態に係る空気調和装置１００によれば、主四方弁３により暖房回路を維持した状態で第１四方弁７で室外熱交換器４を冷房回路に切り替えて、室外熱交換器４に高温ガス冷媒を流すことができるので、室外熱交換器４に付着した霜を除くことができる。

このとき、バイパス配管１１に備えた補助膨張弁１３を開いて、補助熱交換器１２で液冷媒の少なくとも一部を蒸発させてガス冷媒として吸入管Ｌ２１に戻しているので、除霜中に補助熱交換器１２を蒸発器とすることで吸入圧力の低下を防止して、暖房運転を継続しながら除霜でき、除霜中の室温低下を抑制して快適性を向上できる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、前記第１実施形態に対応する部材には、同一の符号を付している。
本実施形態に係る空気調和装置１００は、図２に示すように、圧縮機２、主四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁５、室内熱交換器６を環状に接続してなる冷媒回路を有する空気調和装置であって、前記室外熱交換器４が第１室外熱交換器４Ａ及び第２室外熱交換器４Ｂに上下分割して構成されている。

そして、この空気調和装置１００は、第１室外熱交換器４Ａのガス管Ｌ４１Ａに配設された第１四方弁７１と、第１四方弁７１及び圧縮機２の吸入管Ｌ２１を連結する第１連結管８１と、第１室外熱交換器４Ａ内部のパス配管の温度を検出する第１温度センサ９１と、第１室外熱交換器４Ａの液管Ｌ４２Ａに設けられ、冷媒流量を調整する第１膨張弁１０１と、第２室外熱交換器４Ｂのガス管Ｌ４１Ｂに配設された第２四方弁７２と、第２四方弁７２及び圧縮機２の吸入管Ｌ２１を連結する第２連結管８２と、第２室外熱交換器４Ｂ内部の温度を検出する第２温度センサ９２と、第２室外熱交換器４Ｂの液管Ｌ４２Ｂに設けられ、冷媒流量を調整する第２膨張弁１０２とを備えている。なお、本実施形態では第１膨張弁１０１及び第２膨張弁１０２には電子膨張弁を用いている。

さらに、この空気調和装置１００は、第１室外熱交換器４Ａの液管Ｌ４２Ａ及び第２室外熱交換器４Ｂの液管Ｌ４２Ｂの合流管Ｌ４２と圧縮機２の吸入管Ｌ２１を連結するバイパス配管１１と、バイパス配管１１に設けられ、液管Ｌ４２を流れる冷媒とバイパス配管１１を流れる冷媒との熱交換を行う補助熱交換器１２と、バイパス配管１１において補助熱交換器１２の液管Ｌ４２側に設けられ、冷媒を減圧する補助膨張弁１３と、主四方弁３、第１、第２四方弁７１、７２及び第１、第２膨張弁１０１、１０２等を制御する制御装置１４とを具備する。

しかして、制御装置１４は、除霜運転時において、図３に示すように、まず、第１室外熱交換器４Ａのみを除霜し、次に第１室外熱交換器４Ａ及び前記第２室外熱交換器４Ｂを同時除霜し、次に第２室外熱交換器４Ｂのみを除霜するものである。ここで制御装置１４は、第１室外熱交換器４Ａ及び第２室外熱交換器４Ｂを同時除霜の際に、補助膨張弁１３を開放して補助熱交換器１２により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として吸入管Ｌ２１に戻すものである。

具体的に制御装置１４は、暖房運転時において、第１温度センサ９１又は第２温度センサ９２の検出温度が所定値以下である場合に、まず、主四方弁３を暖房回路に維持した状態で、第１四方弁７１を冷房回路に切り換えるとともに第２四方弁７２を暖房回路に維持して、前記第１室外熱交換器４Ａにガス冷媒を流す。これにより第１室外熱交換器４Ａに高温ガス冷媒を流して第１室外熱交換器４Ａを除霜する。この第１室外熱交換器４Ａの除霜運転は、第１温度センサ９１の検知温度が所定値以上（例えば１℃以上）となった場合に終了する。なお、この第１室外熱交換器４Ａのみの除霜運転時には、補助膨張弁１３は閉じている。

ここで、制御装置１４が、第１室外熱交換器４Ａの除霜開始後、所定時間経過した後に、第１温度センサ９１の検知温度を遅延して取得するようにしている。除霜を開始した第１四方弁７１の切り換え直後は、高温のガス冷媒が一気に第１室外熱交換器４Ａに流入するため、図４のように一時的に第１温度センサ９１の検知温度が急上昇する。所定時間（例えば６０秒間）、第１温度センサ９１の検知開始を遅延させることにより、初期温度上昇検知を回避している。

次に、制御装置１４は、第１四方弁７１及び第２四方弁７２を同時に冷房回路に切り換えて、所定時間Ｔ（例えば３０秒間）、第１室外熱交換器４Ａ及び第２室外熱交換器４Ｂに高温ガス冷媒を流すとともに、補助膨張弁１３を所定時間Ｔ（例えば３０秒間）開放して補助熱交換器１２により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として吸入管Ｌ２１に戻す。

次に、制御装置１４は、第１四方弁７１を暖房回路に切り換えて、第２四方弁７２を冷房回路に維持して、第２室外熱交換器４Ｂにガス冷媒を流す。これにより第２室外熱交換器４Ｂに高温ガス冷媒を流して第２室外熱交換器４Ｂを除霜する。この第２室外熱交換器４Ｂの除霜運転は、第２温度センサ９２の検知温度が所定値以上（例えば１℃以上）となった場合に終了し、第２四方弁７２を暖房回路に切り替えて通常の暖房運転とする。なお、この第２室外熱交換器４Ｂのみの除霜運転時には、補助膨張弁１３は閉じている。

＜第２実施形態の効果＞
このように構成した第２実施形態に係る空気調和装置１００によれば、第１室外熱交換器４Ａ及び第２室外熱交換器４Ｂを交互に除霜することにより、除霜中も暖房運転を継続できるので、除霜中の室温低下を抑制して快適性を向上できる。

また、第１室外熱交換器４Ａの除霜と第２室外熱交換器４Ｂの除霜の間に同時除霜を行って両熱交換器４Ａ、４Ｂのパス配管温度を同時に高くすることにより、第１室外熱交換器４Ａの除霜水が熱交換器境界で凍結することを防止できる。このとき、補助熱交換器１２を蒸発器とすることで吸入圧力の低下を防止して、暖房運転を継続しながら除霜でき、除霜中の室温低下を抑制して快適性を向上できる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記第２実施形態において第１室外熱交換器４Ａ及び第２室外熱交換器４Ｂの分割境界に除霜時に高温冷媒ガスが流れるようにパス配管を形成してもよい。具体的には、図５に示すように、第１室外熱交換器４Ａのパス配管及び第２室外熱交換器４Ｂのパス配管において、液冷媒の流入する配管を分割境界から可及的に離すとともに、当該パス配管を流れて高温となった冷媒が流れる管を分割境界において互いに近づける。これにより、上下室外熱交換器４Ａ、４Ｂの境界パス配管に流れる冷媒温度を高く維持することができ、第１室外熱交換器４Ａの除霜水が熱交換器境界で凍結することを防止でき、凍結による暖房能力低下を防止できる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・空気調和装置
２ ・・・圧縮機
Ｌ２１・・・吸入管
３ ・・・主四方弁
４ ・・・室外熱交換器
Ｌ４１・・・室外熱交換器のガス管
Ｌ４２・・・室外熱交換器の液管
５ ・・・膨張弁
６ ・・・室内熱交換器
７ ・・・第１四方弁
８ ・・・第１連結管
９ ・・・温度センサ
１１ ・・・バイパス配管
１２ ・・・補助熱交換器
１３ ・・・補助膨張弁
１４ ・・・制御装置

Claims (5)

1. 圧縮機、主四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を環状に接続してなる冷媒回路を有する空気調和装置であって、
   前記室外熱交換器のガス管に配設された第１四方弁と、
   前記第１四方弁及び前記圧縮機の吸入管を連結する第１連結管と、
   前記室外熱交換器内部の温度を検出する温度センサと、
   前記室外熱交換器の液管と前記圧縮機の吸入管を連結するバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられ、前記液管を流れる冷媒とバイパス配管を流れる冷媒との熱交換を行う補助熱交換器と、
   前記バイパス配管において補助熱交換器の液管側に設けられた補助膨張弁と、
   前記主四方弁、前記第１四方弁及び前記補助膨張弁を制御する制御装置とを具備し、
   前記制御装置が、暖房運転時において、前記温度センサの検出温度が所定値以下である場合に、前記主四方弁を暖房回路に維持した状態で、前記第１四方弁を冷房回路に切り換えて前記室外熱交換器にガス冷媒を流すとともに、前記補助膨張弁を開放して前記補助熱交換器により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として前記吸入管に戻すものである空気調和装置。
2. 前記室外熱交換器が第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に上下分割して構成されており、
   前記第１室外熱交換器のガス管に配設された第１四方弁と、
   前記第１四方弁及び前記圧縮機の吸入管を連結する第１連結管と、
   前記第１室外熱交換器内部の温度を検出する第１温度センサと、
   前記第１室外熱交換器の液管に設けられた第１膨張弁と、
   前記第２室外熱交換器のガス管に配設された第２四方弁と、
   前記第２四方弁及び前記圧縮機の吸入管を連結する第２連結管と、
   前記第２室外熱交換器内部の温度を検出する第２温度センサと、
   前記第２室外熱交換器の液管に設けられた第２膨張弁とを備え、
   前記制御装置が、前記第１室外熱交換器のみを除霜し、次に前記第１室外熱交換器及び前記第２室外熱交換器を同時除霜し、次に前記第２室外熱交換器のみを除霜するものであり、
   前記第１室外熱交換器及び前記第２室外熱交換器を同時除霜の際に、前記補助膨張弁を開放して前記補助熱交換器により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として前記吸入管に戻すものである請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置が、暖房運転時において、前記第１温度センサ又は前記第２温度センサの検出温度が所定値以下である場合に、前記主四方弁を暖房回路に維持した状態で、
   前記第１四方弁を冷房回路に切り換えるとともに前記第２四方弁を暖房回路に維持して、前記第１室外熱交換器にガス冷媒を流し、
   次に、前記第１四方弁及び前記第２四方弁を同時に冷房回路に切り換えて、所定時間前記第１室外熱交換器及び前記第２室外熱交換器にガス冷媒を流すとともに、前記補助膨張弁を開放して前記補助熱交換器により液冷媒を蒸発させてガス冷媒として前記吸入管に戻し、
   次に、前記第１四方弁を暖房回路に切り換えて、前記第２四方弁を冷房回路に維持して、前記第２室外熱交換器にガス冷媒を流すものである請求項２記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置が、前記第１室外熱交換器の除霜開始後、所定時間経過した後に、前記第１温度センサの検知温度を取得するものである請求項２又は３記載の空気調和装置。
5. 前記室外熱交換器が第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に上下分割して構成されており、
   前記第１室外熱交換器及び前記第２室外熱交換器の分割境界に除霜時に高温冷媒ガスが流れるように配管が形成されている請求項１、２、３又は４記載の空気調和装置。